地下管廊小型交叉结构静动力下力学特性及抗渗性能研究

作     者：詹勋庆 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘卫东;周云荣

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081403[工学-市政工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：综合管廊 工作井 施工开挖静载 运营期间动载 数值模拟 新型构件 局部加固 极限抗渗压力 

摘      要：近几年综合管廊在实际工程中得到了广泛的应用,随之而来在管廊上建设工作竖井和出线接驳口的需求也越来越多,但对工作井与综合管廊小型交叉结构的力学与抗渗性能研究相对缺乏。本文以广州某综合管廊为研究对象,针对直径在1m～2m范围内的小型工作井建立管廊与工作井有限元模型,探究施工开挖静载与运营期间动载下不同工作井结构形式对管廊与工作井的影响;同时针对直径小于1m的缆线出线竖井提出一套新型预制钢板接驳口构件设计方案,该构件可以与原本管廊墙体开口形成一个体系共同抵抗外力荷载和防止地下水流渗漏,并通过数值模拟与室内试验方法,探究预制钢板构件的局部加固性能以及抗渗性能。本文主要研究成果总结如下:(1)在工作井结构施工过程中,在墙体上开挖破洞会使管廊墙体产生应力集中现象,并且主要对开口所在的管廊舱室产生影响。在工作井结构各个参数组中,工作井直径、井壁厚度和结构埋深增大均会使管廊接驳口处在开挖破除时的应力变大;在靠近原本管廊结构较大应力区和相邻管廊连接缝位置进行工作井结构施作会加剧管廊接驳口的应力集中现象。施工开挖静载下对管廊接驳口处应力敏感度从大到小依次为结构埋深、井壁厚度和工作井直径。(2)工作井的存在会使得结构的截面形状发生突变,导致整体结构在工作井与管廊结构接驳的位置上出现薄弱层,在动力荷载作用下会产生较大的应力集中现象。对工作井结构各个参数组进行研究后发现,工作井直径与结构埋深的增大均会使得管廊接驳口与工作井应力急剧增大;而工作井井壁厚度的增大,一方面会使得管廊接驳口应力增大,另一方面会减小工作井所受应力。动力荷载下对管廊接驳口处应力敏感度从大到小依次为结构埋深、工作井直径和井壁厚度。(3)针对不同回路电缆的出线井提出一套新型预制接头钢板加固构件设计方案,对影响预制接头钢板加固效果的钢板与螺栓两大类因素开展研究,发现钢板厚度、结构形式、材料类型会对接头钢板的加固效果和接头钢板与螺栓应力产生较大的影响,而螺栓数量、直径、长度对加固效果影响较小。因此,我们可以认为在预制接头钢板加固体系中,钢板起主要的承担荷载作用,螺栓起辅助的连接结构作用。同时对新型预制接头钢板加固构件方案进行优化,并与后施工混凝土接驳方案加固效果进行对比,结果表明新型预制接头钢板的局部加固效果更好。(4)本文研发了一套室内小型抗渗试验装置,研究实际工程中的管廊墙体与预制接头钢板构件连接结构的极限抗渗压力,发现混凝土与预制接头钢板整体结构的极限抗渗压力与接缝张开量成负相关关系,并且接缝张开量越小,结构极限抗渗压力提高的速度就越快,最后探讨了混凝土与预制接头钢板整体结构的详细渗漏失效过程,并通过上述结果优化本文提出的新型预制接头钢板加固构件设计方案。