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        基于ABAQUS的鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的對比分析

        2020-06-03 06:05:08
        四川建材 2020年5期
        關(guān)鍵詞:變形混凝土結(jié)構(gòu)

        徐 亮

        (中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司,山東 濟(jì)南 250002)

        0 前 言

        鋼管和混凝土表現(xiàn)出力學(xué)性能的“共生現(xiàn)象”,在超高層建筑中廣泛應(yīng)用。將鋼管混凝土制作成支護(hù)結(jié)構(gòu)用于隧道工程的支護(hù)中,可以減少用鋼量,降低支護(hù)成本和增加隧道的使用面積,具有很高的應(yīng)用前景[1-4]。

        本文利用大型有限元數(shù)值計(jì)算軟件ABAQUS,在不同隧道斷面形式下,分別建立不同截面形式鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算模型,并建立相應(yīng)斷面形式的工字鋼支護(hù)結(jié)構(gòu)模型與其比較[5-11]。

        1 數(shù)值分析方法

        1.1 工程概況

        青島地鐵1號線工程區(qū)間從海泊橋沿人民路向北穿過南寧路、撫順路,下穿人民路立交橋,進(jìn)入小村莊車站。線路主要位于人民路下方,區(qū)間起止里程為右YSK39+494.036~右YSK40+554.500,右線長度1060.464 m。本區(qū)間隧道底板標(biāo)高-23.94~-13.94 m,埋深25.9~36.4 m。

        1.2 模型建立

        結(jié)合工程實(shí)際,斷面形式采用隧道工程中常見的馬蹄形斷面。鋼管混凝土的截面形式分別采用圓形截面和工字鋼支護(hù)選取常用的22a型。分別建模進(jìn)行ABAQUS模擬對比分析。各模型尺寸特征見表1所示。

        表1 模型尺寸

        為了方便對比分析,兩種形式的斷面尺寸近似相同。混凝土及鋼管單元模型均采用六面體單元。建立后將鋼管與混凝土進(jìn)行組裝,在混凝土外表面和鋼管內(nèi)表面建立接觸。

        1.3 模型力學(xué)參數(shù)

        在ABAQUS中主要通過定義鋼管和混凝土的材料屬性來實(shí)現(xiàn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的非線性[12]。

        對于鋼管塑性,只需定義鋼管在塑性階段的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系;對于混凝土的塑性屬性的定義,使用ABAQUS混凝土損傷塑性模型。具體材料參數(shù)見表2。

        表2 材料參數(shù)表

        1.4 加載方案

        通過對周圍巖土體表面施加壓力,周圍巖土體將力給支護(hù)結(jié)構(gòu),從而模擬現(xiàn)實(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況[12]。圍巖三面加載。

        1.5 分析方法

        討論不同斷面形式下不同截面形式鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力撓度變化并討論各種支護(hù)的支護(hù)效應(yīng)。

        2 分析結(jié)果

        對支護(hù)模型進(jìn)行計(jì)算分析,計(jì)算結(jié)果分析內(nèi)容應(yīng)力、變形和支護(hù)效應(yīng)三部分。

        2.1 應(yīng)力分析

        馬蹄形斷面應(yīng)力見圖1~2。從圖1~2可以看出,相比傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu),鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布更為一致。

        圖1 工字鋼

        圖2 圓形鋼管混凝土

        2.2 變形分析

        馬蹄形斷面變形見圖3~4。從圖3~4可以看出,相對傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu),鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的撓度變形量較小。

        圖3 工字鋼

        圖4 圓形鋼管混凝土

        3 結(jié) 論

        本文利用大型有限元數(shù)值計(jì)算軟件ABAQUS,對鋼管混凝土支護(hù)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,將模擬情況與傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析。通過分析,可得以下結(jié)論:①鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu),具有撓度變形量小、承載能力強(qiáng),支護(hù)效應(yīng)更好的特點(diǎn);②圓形截面支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)受力更均勻合理,支護(hù)效應(yīng)更好。

        [ID:009768]

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