钢顶管竖向土压力计算方法及案例有限元分析-论文.pdf

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1、第23011卷4年第4月2期特种结构Vo1．31No．2Apr．2014钢顶管竖向土压力计算方法及案例有限元分析许大鹏宣锋(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司200092)(ShanghaiMunicipalEngineeringDesignInstitute(Group)Co．，Ltd，200092，China)[摘要】钢顶管竖向土压力的计算对于铜管应力起着关键作用，但国内外规程及相关理论对于钢管所受竖向土压力有不同表述，且实测数据资料积累很少。本文在现有顶管土压力理论的基础上，利用有限元数值模拟仿真手段，通

2、过不同参数的铜顶管案例分析，最终对钢顶管的竖向土压力计算提出一些有益的建议。[关键词】钢顶管土压力有限元分析ABSTRACT：Thecalculationaboutverticalearthpressure，pejackingplaysakeyrolefothee，p已stressanalysis．Buttherearedifferentexpressionsandmethodsaboutthecalculationofverticalearthpressureindomesticandforeignstandard

3、sandrelatedtheories．Meanwhilethemeasureddataofsteelpipejackingisverylittle．Onthebasisoftheexistingpipejackingearthpressuretheory,throughtheanalysisofmanysteetpipejackingcaseswithdifferentparameters,someusefulsuggestionsaboutverticalearthpressurecalculationwerep

4、utforward_厂0rsteelpipejackingwiththemethodoffiniteelementanalysisandnumericalsimulation．KEYWORDS：SteelpipejackingEarthpressureFiniteelementanalysis概述析，提出土拱效应下管顶竖向土压力的建议取钢顶管的荷载包括管道和内水自重、管道内水值，以对钢顶管竖向土压力的合理计算作出一些压力、地面车辆或堆积荷载、地下水作用、温度作用、有益的工作。下面首先对钢顶管竖向土压力的计顶管顶力等纵

5、向作用、管周土压力等。顶管埋深较算理论方法进行介绍分析，再进行钢顶管的有限大，其管周土压力荷载是钢顶管强度和挠度计算元案例计算，最终进行计算结果分析，得出结论的重要因素，对于空管或无内水压等控制计算工建议。况，管周土压力更是管道应力计算的决定性影响1钢顶管竖向土压力计算理论及分析因素。管周土压力分为竖向土压力和侧向土压力两钢顶管一般埋设较深，上部土壤可认为没部分，其计算值与土体的性质有很大关系，我国现有扰动，可按形成的土拱高度计算，目前国内外行《给水排水工程顶管技术规程》CECS246认为较公认的主要有以下三种管顶土

6、压力计算理论：“钢管的侧向弹性抗力是通过钢和土的弹性比来(1)原苏联的普罗托季亚卡诺夫理论(简称“普反映的，不再计入侧向水土压力作用”，计算中式”土拱理论)；(2)美国的太沙基理论；(3)不直接考虑侧向土压力对钢管应力计算的作用，美国的Marston理论。这三种计算理论的核心内而是通过土体参数(主要是管侧土弹性模量)取容如下述。值的不同来反映。1．1普式土压力理论因此，钢顶管竖向土压力的计算对于钢管图1表示了普式理论的计算方法：具备某些应力起着关键作用，直接影响钢管应力的计算结条件的土体可以形成卸荷拱，管道上作用的竖

7、向果，但国内外规程及相关理论对于钢管所受竖向土压力只计算卸荷拱以下高度的土柱压力。管顶土压力有不同表述，且实测数据资料积累很少，卸荷拱高度按下式计算：这给实际工程应用带来了一些问题。本文在现有顶管土压力理论的基础上，利用有限元数值模拟hi=1仿真手段，通过数百种不同参数的钢顶管案例分2a=D。{1+tan[45。一(qt／2)]}一R8一特种结构2014年第2期图3显示了对于管径1．5m的钢管，在不同还显示了对于管径3．0m的钢管计算所得的C『与埋深下计算所得的与HJB值，图中显示，当，值，两者差异不明显。因此，对于

8、小口径埋深较浅(1-1,≤8m)时，两种计算方法值相顶管，在较大埋深下，我国的规程值可能低估其差不大，当埋深较大时，两者值差异明显。图3实际内力值。2钢顶管竖向土压力有限元分析案例2．1有限元分析软件国内外对钢顶管的实测资料积累很少，这限制了对钢顶管实际受力状态的研究。而有限元方法作为一个研究复杂问题的很好的手段被广泛使用。国内外H(m)H(m