【摘 要】
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西安是一个地裂缝十分发育的城市,城市地下综合管廊工程是典型的线性工程。在西安修建综合管廊不可避免的要穿越地裂缝,管廊结构在建设和运营过程中将长期受到地裂缝错动的影响。地裂缝错动下,管廊结构会产生张拉-挤压、张拉-扭剪、剪断等破坏形式及底部出现脱空现象,其中管廊结构底部脱空常伴随其它破坏形式共同发生,是引起管廊结构产生破坏的重要因素。因此,开展管廊结构底部脱空及其受力性能的研究尤为重要。本文以西安某
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西安是一个地裂缝十分发育的城市,城市地下综合管廊工程是典型的线性工程。在西安修建综合管廊不可避免的要穿越地裂缝,管廊结构在建设和运营过程中将长期受到地裂缝错动的影响。地裂缝错动下,管廊结构会产生张拉-挤压、张拉-扭剪、剪断等破坏形式及底部出现脱空现象,其中管廊结构底部脱空常伴随其它破坏形式共同发生,是引起管廊结构产生破坏的重要因素。因此,开展管廊结构底部脱空及其受力性能的研究尤为重要。本文以西安某地下综合管廊穿越地裂缝为研究背景,运用理论计算和模型试验相结合的方法,明确了管廊结构底部脱空区的破坏机理,得到了管廊结构底部脱空区范围的计算方法,并提出了针对管廊结构底部脱空区的防治措施。主要研究成果如下:(1)根据西安地裂缝基本特点,基于地裂缝错动下管廊结构-土相互作用理论,得出了管廊结构底部脱空区的成因是:地裂缝错动下管廊结构与土变形不协调、不一致。其作用过程可分为共同作用、局部脱空和完全脱空三个阶段。明确了底部脱空区管廊结构的受力特性和变形机理。(2)基于管廊结构的受力特性和变形机理,应用弹性地基梁理论中的链杆法,选取半无限弹性地基和Euler-Bernoulli梁构建模型。根据上覆荷载、端部弯矩和地基相互作用力引起的管廊结构-土相对位移为零,建立了计算管廊结构底部脱空区范围的非线性方程组,应用MATLAB求解,得出了管廊结构底部脱空区范围。(3)采用自行设计的模型试验装置,试验中考虑模型试验的启动条件,开展地裂缝错动下不同角度的管廊结构底部脱空模型试验,得出了正交(90°)、斜交(45°)条件下的管廊结构表面应变、底部位移、管廊结构-土的接触压力和管廊结构内力的变化规律,根据试验结果,明确了管廊结构底部脱空区范围,正交条件下为2.87倍到3倍管径,斜交条件下为3.125倍到3.5倍管径。(4)将管廊结构底部脱空区范围计算方法与模型试验结果进行对比验证,结果表明计算方法合理有效。应用该方法计算得出了西安f3地裂缝错动下某综合管廊的底部脱空区范围,对地裂缝区域该管廊结构的防治范围进行了优化,从结构加强、地基加固和辅助措施等三个方面提出了针对性的防治措施,为地裂缝区域管廊结构设计、施工和安全运营提供了参考。
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