STS新管幕構(gòu)件抗彎性能試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬

賈鵬蛟，趙文，關(guān)永平，李慎剛，韓健勇，侯文峪，王超，劉云安

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STS新管幕構(gòu)件抗彎性能試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬

賈鵬蛟1，趙文1，關(guān)永平2，李慎剛1，韓健勇1，侯文峪1，王超1，劉云安1

(1. 東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)，110819；2. 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津，300142)

基于2榀STS(Steel Tube Slab)新管幕構(gòu)件的抗彎試驗(yàn)，研究STS新管幕構(gòu)件的破壞形態(tài)及受力機(jī)制。為充分研究支護(hù)參數(shù)對(duì)新管幕構(gòu)件抗彎性能的影響，運(yùn)用ABAQUS建立STS新管幕構(gòu)件的有限元模型。以此模型為依據(jù)，分析鋼管厚度、翼緣板厚度、螺栓直徑、混凝土強(qiáng)度、鋼管間距、翼緣板焊接等參數(shù)對(duì)新管幕構(gòu)件抗彎性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：鋼管厚度、翼緣板厚度、螺栓直徑和混凝土強(qiáng)度對(duì)構(gòu)件的極限承載力影響不明顯；鋼管間距改變對(duì)構(gòu)件的極限承載力影響較大；下翼緣板焊接對(duì)構(gòu)件的極限承載力影響極大。研究結(jié)果可為新管幕結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

新管幕構(gòu)件；抗彎性能；數(shù)值模擬；延性；破壞模式

STS(steel tube slab)新管幕工法是一種新型的淺埋暗挖地下施工技術(shù)，它是采用翼緣板和螺栓將若干個(gè)鋼管拼裝在一起，并在鋼管內(nèi)側(cè)和相鄰鋼管連接處澆筑混凝土，形成一個(gè)共同受力的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。STS新管幕工法施工在管幕結(jié)構(gòu)的保護(hù)下，工程安全性和結(jié)構(gòu)可靠性都大大提高。在修筑地鐵時(shí)，相比較與傳統(tǒng)的淺埋暗挖法，它不僅能夠降低對(duì)既有建筑物的影響、減小地層變形等技術(shù)難題，而且針對(duì)淺埋地層的大斷面地下結(jié)構(gòu)也可采用全斷面暗挖法施工[1?4]。因此，STS新管幕工法具有廣闊的應(yīng)用前景。自20世紀(jì)70年代，利用密集排布大直徑頂管為基礎(chǔ)建造大斷面地下空間的技術(shù)被提出后，COLLE等[5?7]對(duì)管幕進(jìn)行理論和試驗(yàn)研究。JIN等[8]對(duì)鋼管混凝土受彎構(gòu)件進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)不同參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析，提出了鋼管混凝土構(gòu)件的計(jì)算方法。ELLOBODY等[9]利用ABAQUS分析鋼管混凝土在改變混凝土強(qiáng)度和鋼管徑厚比時(shí)承載力的變化。在圓形鋼管混凝土構(gòu)件抗彎承載力方面許多學(xué)者也進(jìn)行了有關(guān)試驗(yàn)研究[10?13]。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)STS新管幕構(gòu)件的研究相對(duì)較少，鑒于此，本文作者基于2榀STS新管幕構(gòu)件的室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬，揭示了新管幕構(gòu)件的破壞形態(tài)及受力機(jī)制，并分析鋼管厚度、翼緣板厚度、螺栓直徑、混凝土強(qiáng)度、鋼管間距、翼緣板焊接等參數(shù)變化對(duì)新管幕構(gòu)件抗彎性能的影響，找出影響新管幕構(gòu)件受力性能的主要因素，為以后的相關(guān)試驗(yàn)研究和工程計(jì)算提供參考及依據(jù)。

1 工程及試驗(yàn)概況

1.1 工程概況

沈陽(yáng)地鐵某車站為14 m島式站臺(tái)，車站總長(zhǎng)150 m，兩端為明挖3層，中間段為暗挖3層雙柱3跨斷面，長(zhǎng)度為80.8 m，結(jié)構(gòu)凈寬22.9 m，高21.24 m，底板埋深約24.5 m，覆土約3.0 m，見圖1。其中暗挖段采用STS新管幕結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)施工階段的臨時(shí)支護(hù)體系，在永久支護(hù)結(jié)構(gòu)形成之前主要由STS新管幕結(jié)構(gòu)承受覆土壓力及路面荷載，其受力特性和破壞模式是暗挖段主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。