大拱腳地鐵車站拱蓋結(jié)構(gòu)開(kāi)裂原因分析研究.pdf

1、隨著地面建筑和交通空間的日益飽和，城市地下空間的開(kāi)發(fā)和利用逐步被人們重視，城市地鐵作為一項(xiàng)地下公共交通工程為緩解和解決地面交通壓力做出了極大的貢獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)近150多年的發(fā)展，地鐵車站不斷刷新特大斷面的紀(jì)錄，大拱腳地鐵車站就是一種新型的特大斷面形式。地下工程長(zhǎng)期處在一個(gè)相對(duì)封閉、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、高應(yīng)力地區(qū)，任何微小的不確定因素的改變都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生較大影響，從而引起結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂。
　　本文以斷裂力學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合ABAQUS軟件

2、中的擴(kuò)展有限元板塊分析大拱腳地鐵車站拱蓋結(jié)構(gòu)在局部偏壓荷載、不均勻沉降、不同側(cè)壓力系數(shù)變化和拱蓋結(jié)構(gòu)厚度變化幾種因素下結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂、擴(kuò)展及破壞時(shí)裂紋的分布位置及形態(tài)。
　　(1)文中將日本隧道襯砌模型試驗(yàn)與利用ABAQUS擴(kuò)展有限元法的數(shù)值模擬結(jié)果相對(duì)比，得出模擬結(jié)果與模型試驗(yàn)的裂紋位置基本一致，充分論證了XFEM法模擬襯砌結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的可行性和適用性，為模擬大拱腳拱蓋結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂提供了理論依據(jù)。
　　(2)在局部偏壓作用下，拱蓋結(jié)

3、構(gòu)產(chǎn)生的裂紋與破壞形態(tài)隨著偏壓范圍的變化而出現(xiàn)不一致的情況。局部偏壓范圍越大，結(jié)構(gòu)越容易產(chǎn)生裂紋;結(jié)構(gòu)起裂時(shí)首先在偏壓區(qū)域所對(duì)應(yīng)的拱蓋結(jié)構(gòu)內(nèi)表面產(chǎn)生受彎張口型裂紋;裂紋面上部結(jié)構(gòu)的環(huán)向位移大于下部的結(jié)構(gòu)環(huán)向位移;同一荷載作用下結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展速率隨著偏壓范圍的增大而加快;偏壓范圍較小時(shí)，隨著荷載的增加，偏壓范圍外側(cè)的結(jié)構(gòu)混凝土被壓潰;偏壓范圍較大時(shí)，主要是以主裂縫的貫穿以及外側(cè)混凝土壓潰而破壞，此時(shí)，偏壓范圍上下外表面及左拱腳外表面會(huì)產(chǎn)生

4、拉裂紋區(qū);結(jié)構(gòu)在偏壓角度一定的條件下，隨著縱向偏壓長(zhǎng)度的增加，裂紋的擴(kuò)展長(zhǎng)度隨之增加，在空間形態(tài)上表現(xiàn)出兩端向拱頂微彎曲的現(xiàn)象。
　　(3)拱蓋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向不均勻沉降時(shí)，結(jié)構(gòu)首先在左拱腳外表面產(chǎn)生張拉裂紋，隨著沉降量的增加，裂紋逐漸貫穿，表現(xiàn)為壓剪裂紋，與此同時(shí)，左右拱腰外表面以及拱頂內(nèi)表面產(chǎn)生拉裂紋區(qū)，且右拱腰外表面的裂紋區(qū)域比左拱腰的范圍大;產(chǎn)生縱向不均勻沉降時(shí)，起初沉降值較小，拱頂外表面產(chǎn)生對(duì)稱的雙裂紋，隨著沉降值的增大，拱

5、底沉降處產(chǎn)生豎向裂紋，主裂紋以接近45°擴(kuò)展，擴(kuò)展速度逐漸加快，達(dá)到破壞沉降時(shí)，結(jié)構(gòu)沉降處表現(xiàn)出張拉裂紋，另一端表現(xiàn)出剪切破壞。
　　(4)不同側(cè)壓力系數(shù)結(jié)合拱蓋結(jié)構(gòu)存在空洞產(chǎn)生的裂紋不同:當(dāng)空洞位于拱頂區(qū)域時(shí)，隨著側(cè)壓力系數(shù)的增大，拱項(xiàng)空洞區(qū)外表面首先產(chǎn)生受彎張口型裂紋，結(jié)構(gòu)接近破壞時(shí)，拱頂空洞區(qū)域、左右兩側(cè)拱腰內(nèi)表面、拱腳外表面會(huì)產(chǎn)生拉裂紋區(qū);當(dāng)空洞位于拱腰時(shí)，拱腰外表面混凝土首先會(huì)隨著側(cè)壓力系數(shù)的增大被擠出變形，出現(xiàn)“V”形

6、受彎張口型裂紋，隨著側(cè)壓力系數(shù)的繼續(xù)增大，空洞區(qū)外表面、左拱腰內(nèi)表面、左拱腳外表面以及右拱腳內(nèi)表面會(huì)產(chǎn)生拉裂紋區(qū)。
　　(5)隨著拱蓋結(jié)構(gòu)厚度的增加，結(jié)構(gòu)的起裂荷載逐漸增加，裂紋的擴(kuò)展速度逐漸減緩。
　　(6)將數(shù)值模擬的裂紋以形態(tài)、位置等進(jìn)行歸納分類:①拱蓋結(jié)構(gòu)在受到偏壓及不同側(cè)壓力系數(shù)作用下首先產(chǎn)生受彎張口型裂紋，主要表現(xiàn)為縱向裂紋，隨著荷載的增大在環(huán)向迅速擴(kuò)展;②縱向不均勻沉降主要產(chǎn)生斜向和環(huán)向裂紋，沉降處裂紋表現(xiàn)為受