中空夹层钢管混凝土地铁基坑支护长支撑受压性能研究

作     者：韩姝妤 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄炎生;黄贵良

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：中空夹层钢管混凝土 地铁基坑支撑 受力性能 有限元分析 

摘      要：目前,在地铁基坑支护中多采用常规的钢支撑,但面临大跨度基坑时,根据《建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012》中的钢支撑构造规定,若仍采用钢支撑则容易导致构件计算长度过长,不满足规程中钢支撑的长度构造要求。且在常规的地铁基坑支护方案中,往往不会在支撑构件上设置细杆以满足计算长度。若采用传统的钢管混凝土支撑构件,则会引起结构自重的增大,不仅在运输过程中带来不便,还在一定程度上造成混凝土材料的浪费。因此,本文提出中空夹层钢管混凝土地铁基坑支护长支撑构件,并对其进行受力性能研究,本文进行的工作如下:(1)选取适当的材料本构模型,接触方式以及边界条件,采用ABAQUS软件对文献试验进行有限元模拟。对比有限元结果以及文献试验数据,验证有限元模拟方法的适用性与正确性;(2)结合项目工程实际,设计中空夹层钢管混凝土长支撑构件。采用经过验证的模拟方法,建立包含不同研究变量的有限元模型,研究空心率、径厚比、长细比、偏心率等因素对构件受力性能的影响;(3)结合项目工程实际,设计用于连接多段支撑构件的法兰盘节点,拟解决构件的可拆卸、重复利用问题。研究螺栓个数、法兰盘厚度、法兰盘类型、螺栓预紧力等因素对构件受力性能的影响。研究发现带无加劲肋法兰节点构件与带有加劲肋法兰节点构件的偏压破坏形态基本一致;在偏压荷载下上下法兰板均协同受力、变形,且加劲肋的设置对法兰板的协同受力有益,使得构件承载力有所增加。另外,螺栓数量的变化对于两种形式的带法兰节点构件的极限承载力均有一定的影响。在设计范围内,增加法兰盘厚度对于提高构件的承载力以及构件延性有一定程度的影响,但存在一定的局限性。螺栓预紧力对于两种形式的法兰节点构件的受力性能几乎没有影响。(4)根据现有的中空夹层钢管混凝土受压承载力公式,将公式计算结果与有限元分析结果进行对比分析,发现轴向压力作用下,N/N范围在0.83～0.98之间。偏压作用下,大部分构件的N/N范围在0.90～1.02之间。在参数分析的基础上,结合现有的规范公式,利用曲线拟合的方法总结出适用于一定范围内的带加劲肋法兰节点的中空夹层钢管混凝土地铁基坑支护长支撑构件的螺栓个数计算公式。