跨地裂缝分段式地下综合管廊受力性能研究

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地下管廊作为保障城市生命线的重大基础设施项目,其具有跨越范围大,纵向刚度低,结构呈薄壁状等特点。西安作为地裂缝活动比较活跃的城市,其地裂缝活动的发展严重制约着地下城市空间的利用,同时会给地下综合管廊带来严重安全隐患。在断层和地震作用下管廊应力和变形会突然增大,导致管廊结构破坏并带来巨大经济损失。目前现有研究主要集中于地裂缝断层活动下管廊受力分析以及变形规律研究,多数采用现浇整体式管廊进行数值模拟,且并未考虑变形缝的影响。国家和地方规范对地下管廊设计也鲜有考虑地裂缝的影响;同时地下管廊抗震设计方面亦未考虑地裂缝的影响,对于罕遇地震作用下承载力和变形验算也未给出相关设计要求。本文基于西安市幸福林带项目,对跨地裂缝区域的分段式综合管廊的变形规律和抗震性能进行研究,具有重要意义。论文建立幸福林带分段式地下综合管廊有限元分析模型,主要结论如下:(1)通过非线性弹簧模拟变形缝止水带,进行抗震设计时采用粘弹性边界处理场地边界条件,其有限元模型分析与试验数据误差小于10%,吻合程度高。(2)定量分析正交和斜交两种跨越方式下,分段式管廊在不同错位量下的位移变化、脱空区范围、受力变形特征、应力规律。确定了地裂缝错动对管廊上下盘影响区域,并给出两种方式下脱空区范围。(3)定量分析正交和斜交两种跨越方式下,分段式管廊在不同地震加速度时的管廊、土体加速度变化规律,并对管廊应力、裂缝开展、位移等力学特征进行定性分析。其结果表明小震和中震对管廊裂缝、位移变化影响较小,斜交方式在大震作用下对管廊及土体加速度、以及横向水平位移影响显著。(4)通过抗震及错位量分析:建议横向水平位移10mm作为管廊弯曲破坏预警上限值,建议止水带厚度至少超过150mm。宜取1/1000作为多遇地震作用下管廊层间位移角限值;1/500作为罕遇地震作用下管廊层间位移角限值。
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