收稿日期:2009204206
烟道蝶阀
作者简介：刘小兵(19692)，男，工程师，中铁天丰建筑工程有限公司，北京 100055
李 刚(19782)，男，工程师，中铁九局集团第四工程有限公司，辽宁沈阳 110032
刘小兵 李 刚
摘 要：对混凝土衬砌支护结构进行受力分析，利用混凝土等效弹性系数模式下的本构关系，采用有限元计算程序ADINA 进行模拟分析，得出了当采用三心拱形支护结构时，在侧压力系数λ由小到大变化过程中，二次衬砌的承载力变化情况。关键词：二次衬砌，有限元分析，侧压力系数，承载力中图分类号:U451.4文献标识码:A
目前，基于连续介质模型的有限元方法在地下工程分析中用
的越来越多。材料的横向变形特征由泊松比表示，而在岩土工程
地下结构分析时，侧压力系数的取值又是一个非常重要的参数。由于岩土材料本身力学性能的极端复杂性，准确确定侧压力系数仍然很困难。对于地下工程中典型的隧道工程来说，研究侧压力系数取值的误差对隧道衬砌的变形和内力的影响很重要。本文利用美国岩土工程有限元分析软件ADINA 对隧道
进行了非线性有限元分析。考虑了开挖时的应力释放效应和锚杆的作用，并且对侧压力系数的变化所引起衬砌内力和位移的变化规律进行了探讨。
1 混凝土与钢筋本构关系和屈服准则1.1 混凝土本构关系
在隧道二次衬砌的有限元分析中，混凝土的本构关系采用按等效弹性系数的模式。1)在拉伸和压应力较小，卸载的情况下，近似地把混凝土看成各向同性线性材料。2)三个主应力|σi |，当
σ3≥k σc ′(σ3≤σ2≤σ1,k 为选定值，可取0.4左右)，近似把混凝土看成是各向同性非线性材料。3)σ3<k σc ′时，认为混凝土为正交异性非线性材料。4)当应力达到σc ′
后，是软化阶段，认为E t i =0，相当于流动状态。
1.2 混凝土破坏准则
1)三向受拉及拉压状态。对于三向受拉及拉压状态采用的
破坏面，只要σi (i =1,2,3)中任何一个应力大于极限拉应力σi 或超出应力区域材料就开裂。2)三维压缩状态。对于压缩状态，其三维压缩破坏曲面是由实用的三轴破坏理论得出的，混凝土破坏面是一个在应力空间中的圆锥体。为了描写这个破坏包络图，可以采用平行于σ2σ3平面的一组平面来切割此圆锥体，得到一组包络线，根据一点的应力状态，就可以确定它是否处于破坏状态。
1.3 钢筋本构关系和屈服准则
1)受拉区钢筋采用HsuTTC 提出的本构关系。
当f s ≤(0.93-2B )f y 时:f s =E s ・εs 。当f s >(0.93-2B )f y 时:f s =(0.91-2B )f y +(0.02+0.25B )E s εs 。其中,B 为反映钢筋平均屈服应力的系数;E s 为钢筋弹性模量;f y 为钢筋屈服强度。
2)对受压区钢筋采用自由钢筋的本构关系。
当f s ≤f y 时:f s =E s ・εs 。
当f s >f y 时:f s =f y 。2 有限元分析2.1 边界条件
1)荷载。将围岩及初期支护对二次衬砌的作用以各种压力
形式施加在模型上。这种压力来自两个方向：拱顶与底板方向
P 1和衬砌左右两侧P 2=λP 1，其中,λ为岩石的侧压力系数。在
有限元分析中，荷载对二次衬砌结构的施加是以不同的λ进行分
析，其主要目的在于考查该衬砌结构在不同的方向作用下荷载的响应情况。荷载施加于有限元结构模型上如图1所示。2)约束。隧道二次衬砌是一个四周同时受力且同时变形的结构，将其脱离围岩及初次衬砌而单独进行分析时，就要使用结
构的变形相对于某个固定位置。设计中的二次衬砌是通过两侧立墙固定在隧道开挖断面底部的，因此在有限元分析中，将两侧立墙底部予以固定约束
。模型的约束和荷载的施加如图1所示。2.2 模型网格划分
将一个二次衬砌连续结构体用有限个单元的集合去逼近，采
用协调单元或满足某些条件的非协调单元，当有限元特征尺寸趋于零时，有限元将收敛到真解。
离散化后的单元形状，原则上要求尽可能正规。实际问题中由于结构形状的复杂性往往不可能离散为正三角形、正四边形或正六面体。但是作为三角形、四边形单元的任一夹角不能小于20°，空间单元的空间夹角也不能小于20°，或一个单元邻边最小长度与最大长度的比值不大于1∶4，否则对应的矩阵有可能出现病态或奇异，影响计算结果。
2.3 分析结果
1)二次衬砌结构极限承载力随侧压系数的变化。二次衬砌
为三心拱结构，为了到侧压系数与结构极限承载力的规律，分
别以侧压系数为0～3.0做了分析，得到了如图2所示的极限承载能力随侧压系数结构变化的曲线关系。图2中的关系显示了当侧压系数超过0.7时，衬砌对围岩压力的抵抗能力明显增加，在侧压系数为1.3时承载能力达到峰值；侧压系数在1.3～1.8区段时，二衬结构的承载能力明显的减弱；但侧压系数在超过1.8时，承载能力减弱趋势又变缓和。
2)各相应指标随侧压系数的变化。最大等效应力代表了结构
一座自锚式悬索桥的设计
收稿日期:2009204227
作者简介：傅 震(19762)，男，工程师，陕西省公路勘察设计院，陕西西安 710068
桂 学(19742)，男，长安大学博士研究生，高级工程师，陕西西安 710068
傅震 桂学
香蜜果摘 要：通过对某自锚式悬索桥概况及技术标准的介绍，阐述了该悬索桥的受力特性及设计要点，并对其施工技术要点作了分析，从而为类似条件下的单塔混凝土自锚式悬索桥的设计与施工积累经验。关键词：自锚式，悬索桥，设计，施工中图分类号:U448.25文献标识码:A
1 工程概况
迎宾大桥位于临沂市柳青河上，与内环路相连，是南坊新区
水泥电阻器建设的重要组成部分。桥梁结构采用独塔双索面自锚式混凝土悬索桥形式，桥梁主跨为70m ，边跨为25m ，主缆中心距32m ，吊索沿顺桥向间距4m
。索塔采用欧式塔型，塔结构总高34m ，桥
烟道蝶阀面以上塔结构高24.5m (其中2.5m 为装饰部分，桥面至主缆中心点为22m )；横断面上共两个欧式塔，中间不设横向连接。下部结构主塔基础采用<150cm 的桩，主跨桥台采用钻孔灌注桩，小破坏部位混凝土单元的最大应力值。当两个主应力大小相近时，等效应力的值就相应很大，根据分析得出最大等效应力、最大位移、最大钢筋应力随侧压系数的变化曲线(见图3)。
3 结语
1)在不同的侧压系数下，二次衬砌结构的承载能力随之变so.csdn/api/v3/search?p=1&t=all&q=
打印机共享器化。三心圆衬砌结构在侧压系数为1.3时具有最大的承载能力，此时结构内力分布均匀，各方向变形量相当且都达到了各侧压系
数不同情况中的最大值，充分发挥混凝土材料的力学性能;2)当侧压系数超过1.3后，除上述位置外，在拱顶出现了负弯矩而使拱顶顶层出现了拉应力，且随着侧压系数的不同有所增加。这些部位在结构设计中应根据地质条件和初期衬砌的形式进行加强;3)由承载能力、位移和钢筋应力随侧压系数变化的曲线图中可以得出，在侧压系数超过1.3后，位移和钢筋应力都相应减少，但承载能力也相应减少。说明二次衬砌几何特点在不利荷载形式下出现应力集中，而导致局部混凝土受拉产生了过多裂缝。参考文献:[1] 关宝树，杨其新.地下工程概论[M ].成都：西南交通大学出
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dynamic incermental port 824482I ,Acous 2tic and vibration laboratory ,Mechnical engineering Depart 2ment ,Massachusetts Insititute of Technology ,1975.
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[M ].Englewood Cliffs ,NJ :Prentice 2Hall ,1996.[7] 朱伯芳.有限单元法原理与应用[M ].北京：中国水利水电
出版社,1998.
Finite element analysis on tunnel secondary lining with different coeff icient of lateral pressure
L IU Xiao 2bing L I G ang
Abstract :Based on stress analysis of the concrete secondary lining structure and the constitutive relation of concrete equivalent linear elastic model ,using ADINA to simulate and analyze.Draw a conclusion that bearing capacity change regularity of lateral pressure coefficient from small to big using three 2centered arch retaining structure.
K ey w ords :secondary lining ,finite element analysis ,coefficient of lateral pressure ,bearing capacity
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