局部空洞局部荷载作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析

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1、公路交通技术2010年8月第4期TechnologyofHighwayandTranspo~Aug．2010No．4局部空洞(局部荷载)作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析陈达才(广东省高速公路有限公司江肇筹建处，广州510400)摘要：基于对国内外已建连拱隧道的病害调查分析，隧道衬砌裂缝多为局部空洞引起。因此，针对局部空洞现象，利用大型通用有限元软件ANSYS进行计算，重点对衬砌裂缝的形成和发展进行分析，得出不同部位出现空洞时，其裂缝发生部位和衬砌结构最不利的结构受力情况，可为连拱隧道设计、施工及维修管理提供参考。关键词：连拱隧道；局部空洞；裂缝；数值仿真文章编号：100

2、9—6477(2010)o4-0109—05中图分类号：U459．2文献标识码：ASimulationAnalysisofLiningCracksinMulti—archTunnelsunderActionofPartialCavity(PartialLoad)CHENDacaiAbstract：Basedoninvestigationandanalysisofestablishedmulti-archtunnelsathomeandabroad，mostoftheliningcracksintunnelsarecausedbypartialcavities．Ther

3、efore，aimingatthepartialcavities，thispapercarriesoutcalculationsbymeansoflarge-sizeduniversalfiniteelementsoftwareANSYS，empha—sizingonanalysisofformationanddevelopmentofliningcracks，andacquirestheworststructuralstress-esonpartswithcracksandliningstructurewhencavitiesOccurtovariousparts．

4、Theanalysisinthepapercanprovideareferencefordesign，constructionandmaintenancemanagementofmulti—archtunnels．Keywords：multi—archtunnel；partialcavity；crack；numericalsimulation在山区高等级公路中，由于路线选线困难或受方法01其它因素影响，连拱隧道修建的数量日渐增多，但连拱隧道衬砌中出现回填不密实，产生局部空目前已建成的一些连拱隧道存在较多问题，大部分洞或局部荷载是一种普遍现象，故对局部空洞或局隧道建成后

5、不久即出现各种裂缝，有些甚至在施工部荷载作用下隧道裂缝的仿真模拟至关重要。本文中就已经出现。原因较多：首先是连拱隧道设计施着重进行局部空洞作用下隧道裂缝的仿真模拟，主工经验不足，其次是设计理论不成熟，再就是连拱要针对广乐高速公路某连拱隧道的右洞衬砌外拱顶隧道本身具有跨度大、施工技术复杂等特点。虽然荷载(P，荷载)、右洞衬砌内拱顶荷载(P4荷载)以一些研究已涉及到连拱隧道病害及其产生的原因，及其它部位荷载局部不存在时裂缝的产生和发展情但多数只是停留在对病害现象的总结上，很少对病况，找出对衬砌结构最不利的结构受力情况。局部害产生过程及其与施工过程的关系进行系统分析，荷载作

6、用下裂缝的仿真模拟是将荷载分成6个部分因此双连拱隧道裂缝研究少有报道。基于对国来模拟，即当该处出现局部空洞时，此处围岩与衬内外已建连拱隧道病害的调查分析，衬砌裂缝多由砌的接触荷载不存在进行模拟裂缝的产生发展情局部空洞引起。因此，本文针对该现象研究其病害况，具体荷载分布见图1。产生的原因和机理，并据此提出相应的对策，可为连拱隧道的病害整治提供理论依据，为未来连拱隧2计算模型道设计与施工技术的改进与提高奠定基础。隧道衬砌裂缝仿真模拟采用结构分析中非线性有限元法，模拟对象是隧道衬砌结构。在ANSYS1局部空洞(局部荷载)下连拱隧道衬砌裂缝模拟非线性分析中，具备裂缝分析功能的

7、是非线性材料收稿日期：2009—12—14作者简介：陈达才(1976一)，男，广东省阳江市人，本科，工程师110公路交通技术2010盎图2隧道整体计算模型网格图1加载断面的混凝土，对应于混凝土材料单元是三维8节点的固体solid65单元。solid65在ANSYS中用于模拟有钢筋或无钢筋的三维实体单元，这种实体单元能模拟结构中出现的拉裂和压碎情况。solid65单元有8个节点，每个节点有3个自由度，分别是X、Y、z节点9744节点6868节点2741方向的位移。混凝土材料模型主要用来模拟裂缝，图3隧道荷载计算时跟踪观察点位置屈服准则为：顶点841、左