發(fā)布時(shí)間：2018-02-12 02:36

  本文關(guān)鍵詞： 超淺埋 暗挖車站 STS管幕結(jié)構(gòu) 力學(xué)性能 破壞特征 計(jì)算方法　出處：《東北大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：傳統(tǒng)管幕結(jié)構(gòu)在鋼管問(wèn)僅用鎖口進(jìn)行連接,因此在施工過(guò)程中鋼管受到的橫向約束作用較弱,主要依靠管幕中鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的縱向強(qiáng)度以及臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)形成“棚架”支護(hù)體系。為此,管幕結(jié)構(gòu)在開(kāi)挖期間必須輔以密集的型鋼支撐體系,且嚴(yán)格控制開(kāi)挖步距,以確保管幕的承載能力和變形滿足要求。繁瑣的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的力學(xué)體系轉(zhuǎn)換對(duì)施工過(guò)程帶來(lái)諸多不便。STS管幕結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)管幕的基礎(chǔ)上利用高強(qiáng)度螺栓和翼緣板將相鄰鋼管連成整體,顯著提高了其橫向承載能力,施工過(guò)程中能減少繁雜的臨時(shí)支撐。論文依托超淺埋STS管幕工法地鐵暗挖車站為工程背景,以STS管幕結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,采用模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬以及理論分析的方法研究了施工過(guò)程中STS管幕結(jié)構(gòu)的作用機(jī)制以及STS管幕構(gòu)件的破壞模式和力學(xué)性能。主要研究和成果如下：通過(guò)對(duì)稱集中荷載作用下STS管幕構(gòu)件的力學(xué)性能試驗(yàn),研究了STS管幕構(gòu)件的工作機(jī)理及破壞模式,探討了鋼管間距、翼緣板厚度、橫向連接方式、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、螺栓間距、均布荷載等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)其STS管幕構(gòu)件承載力的影響。結(jié)果表明,下翼緣板焊接對(duì)STS管幕承載力的影響最為顯著,而鋼管間距、翼緣板厚度對(duì)STS管幕構(gòu)件的承載力具有一定影響,上翼緣板焊接、混凝土強(qiáng)度等級(jí)以及通長(zhǎng)螺栓等因素對(duì)STS管幕構(gòu)件力學(xué)性能的影響較小。通過(guò)單點(diǎn)集中荷載作用下STS管幕構(gòu)件的力學(xué)性能試驗(yàn),研究了STS管幕構(gòu)件在集中荷載作用下的破壞模式和工作機(jī)理,并探討了不同橫向連接方式、翼緣板厚度、混凝土強(qiáng)度等級(jí)等參數(shù)對(duì)STS管幕構(gòu)件極限承載力和剛度的影響。結(jié)果表明,在集中荷載下STS管幕構(gòu)件發(fā)生彎曲破壞,而下翼緣板焊接對(duì)其承載力影響最為顯著,通長(zhǎng)螺栓、混凝土強(qiáng)度、上翼緣板焊接等參數(shù)STS管幕構(gòu)件承載力的影響較小,但是混凝土強(qiáng)度降低時(shí)構(gòu)件延性得到改善,而上翼緣板焊接時(shí)構(gòu)件的剛度提高較為明顯。根據(jù)STS管幕構(gòu)件的受力特點(diǎn)和破壞模式,確定了STS管幕構(gòu)件在不同橫向連接方式下的極限承載力計(jì)算公式,理論公式計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。根據(jù)STS管幕構(gòu)件的受力和破壞特點(diǎn),利用ABAQUS有限元程序建立了STS管幕構(gòu)件的計(jì)算模型,研究其工作機(jī)理,并對(duì)翼緣板厚度、鋼管壁厚、管間混凝土含量等參數(shù)對(duì)STS管幕構(gòu)件的影響進(jìn)行了分析。通過(guò)對(duì)不同翼緣板厚度和鋼管壁厚的STS管幕構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算,發(fā)現(xiàn)翼緣板厚度和鋼管壁厚之比過(guò)大或過(guò)小均會(huì)影響STS管幕試件的破壞形式,得出二者比值在1.0-1.3之間較為合理,鋼管和翼緣板能夠同時(shí)發(fā)生屈服,不僅充分發(fā)揮了二者的材料性能,還能改善STS管幕構(gòu)件的延性。二者比值小于1.0時(shí),只有翼緣板達(dá)到屈服強(qiáng)度；而值大于1.3時(shí),只有鋼管達(dá)到屈服強(qiáng)度。
[Abstract]:The traditional pipe curtain structure is only connected with the steel pipe by locking, so the transverse constraint of the pipe is weak in the construction process. It mainly depends on the longitudinal strength of concrete-filled steel tube structure in pipe curtain and the temporary support structure to form "scaffolding" support system. For this reason, the pipe curtain structure must be accompanied by a dense steel supporting system during excavation, and strictly control the step of excavation. In order to ensure that the bearing capacity and deformation of the pipe curtain meet the requirements. Tedious temporary support structure and complex mechanical system transformation will bring a lot of inconvenience to the construction process. STS pipe curtain structure on the basis of the traditional pipe curtain use of high strength bolts and. The flange plate connects the adjacent steel tubes as a whole, The lateral bearing capacity is improved significantly, and the complicated temporary support can be reduced in the construction process. Based on the engineering background of ultra-shallow buried STS tube screen underground excavating station, taking the STS pipe curtain structure as the research object, the model test is adopted. Numerical simulation and theoretical analysis are used to study the mechanism of STS pipe curtain structure during construction and the failure mode and mechanical properties of STS pipe curtain members. The main results are as follows: under the action of symmetrical concentrated load. Mechanical performance Test of STS Tube Curtain member, The working mechanism and failure mode of STS pipe curtain members are studied. The steel pipe spacing, flange plate thickness, transverse connection mode, concrete strength grade and bolt spacing are discussed. The influence of the key parameters such as uniform load on the bearing capacity of the STS tube curtain member shows that the lower flange plate welding has the most significant influence on the STS pipe curtain bearing capacity, while the steel tube spacing and the thickness of the flange plate have a certain influence on the bearing capacity of the STS tube curtain member. The effects of welding of upper flange plate, strength grade of concrete and bolt length on mechanical properties of STS tube curtain members are small. The mechanical properties of STS tube curtain members under single point concentrated load are tested. The failure mode and working mechanism of STS tube curtain members under concentrated load are studied, and the thickness of flange plate in different transverse connection modes is discussed. The influence of concrete strength grade on the ultimate bearing capacity and stiffness of STS tube curtain member. The results show that the bending failure of STS tube curtain member occurs under concentrated load, and the welding of lower flange plate has the most significant effect on its bearing capacity. The strength of concrete and welding of upper flange plate have little effect on the bearing capacity of STS tube curtain, but the ductility of the member is improved when the strength of concrete decreases. According to the stress characteristics and failure mode of STS tube curtain members, the calculation formula of ultimate bearing capacity of STS tube curtain members under different transverse connection modes is determined. The calculated results of the theoretical formula agree well with the experimental results. According to the stress and failure characteristics of the STS tube curtain members, the calculation model of the STS tube curtain members is established by using the ABAQUS finite element program, the working mechanism is studied, and the thickness of the flange plate and the wall thickness of the steel tube are studied. The influence of concrete content between pipes on STS tube curtain members is analyzed. The STS tube curtain members with different flange plate thickness and steel tube wall thickness are calculated. It is found that the ratio of flange plate thickness to steel tube wall thickness is too large or too small to affect the failure form of STS tube curtain specimen. It is concluded that the ratio of the two factors is reasonable between 1.0-1.3, and the steel tube and flange plate can yield simultaneously. The ductility of STS tube curtain members can be improved by giving full play to their material properties. When the ratio of the two is less than 1.0, only flange plates can reach yield strength, while when the value is greater than 1.3, only the steel pipe reaches yield strength.
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU93

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本文編號(hào)：1504589