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盖挖逆作法工程应用实践及施工过程中支撑柱的有限元分析

作　者: 刘丰
导　师: 李海深
学　校: 湘潭大学
专　业: 结构工程
关键词: 盖挖逆作法应力和应变沉降偏差
分类号: TU94
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

盖挖逆作法由于施工理论及施工工艺的滞后性和特殊性，目前还缺乏一整套完善的设计和施工理论。本文以湘潭市河西商务区地下人防平战结合工程为工程背景，对其施工过程进行了一整套施工工法的总结和关键节点施工技术的研究，探讨了地下人防工程采用盖挖逆作法进行施工时的施工工艺、施工技术、施工关键节点处理等相关问题。同时，结合湘潭地区的地质条件，在顶板上方土体覆盖及恢复路面交通后，采用有限元软件对施工过程中顶板下部土体与支撑结构的相互作用进行数值模拟，并与实际监测数据进行了参照，得出如下结论：1．土方逐步开挖并将荷载转移至支撑柱的过程中，土体整体竖向位移较大的区域是顶板下方边跨与土方接触的区域；而支撑柱主体与柱帽接头处整体位移最小。2．土方开挖卸荷过程中，各柱所承担荷载并不是均匀分布的，而是略有偏差，其最大应力值一般出现于立柱与最下面土体的方形台阶处，即支撑柱柱体下部与柱帽接头处。土方的不对称开挖易造成某一工况下接近不对称开挖区域的个别支撑柱应力应变易发生突变现象。3．土方逐步开挖过程中，支撑柱的应力和应变伴随着土方开挖而逐步增大，且未开挖处土方的应力和应变也同步增大，整体竖向位移同步增大的趋势远大于水平位移同步增大的趋势。4．与传统逆作法施工过程中土方开挖后支撑柱的先抬升后沉降不同，盖挖逆作法的支撑柱伴随着土方不断开挖卸荷后，其变形一直以沉降为主。偶尔会出现抬升，但抬升不明显，且中间支撑柱的最终沉降值小于边柱的最终沉降值。后期整体沉降逐步趋于稳定。5．支撑柱总体趋势上的沉降实测值比模拟值平均超过1mm左右，之所以出现偏差，其较大原因是顶板上方所承担的实际竖向荷载中包含了路面上方的动荷载和其他荷载，而在模型中并未考虑，从而导致偏差，但其总体趋势一致，都呈现沉降逐渐增大的趋势。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 本文研究的背景  9-11
  1.2 研究目的和意义  11-12
  1.3 逆作法施工技术  12
  1.4 盖挖逆作法的适用条件  12-13
  1.5 盖挖逆作法的特点  13-14
  1.6 盖挖逆作法的研究现状  14-18
    1.6.1 基坑土压力的研究  14-15
    1.6.2 基坑周围土体沉降和变形研究  15-16
    1.6.3 逆作法施工差异沉降分析  16-17
    1.6.4 逆作法数值模拟分析  17-18
  1.7 本文的主要研究内容  18-19
第2章盖挖逆作法施工工法探讨  19-32
  2.1 工法特点  19
  2.2 工法适用范围  19-20
  2.3 工法原理  20
  2.4 盖挖逆作法主要施工工序  20
  2.5 具体施工工艺流程图  20-24
  2.6 主要工序施工方法  24-29
    2.6.1 结构顶板土方开挖及顶板上部管线原位保护  24-25
    2.6.2 顶板结构施工  25-26
    2.6.3 顶板上市政管线施工及道路恢复  26
    2.6.4 降水  26-27
    2.6.5 出土口施工  27
    2.6.6 地下土方掏挖  27-28
    2.6.7 墙板结构施工  28
    2.6.8 柱子结构施工  28
    2.6.9 底板结构施工  28-29
  2.7 质量控制  29-30
    2.7.1 模板工程  29
    2.7.2 钢筋工程  29
    2.7.3 混凝土工程  29-30
    2.7.4 沉降监测  30
  2.8 安全管理措施  30-32
    2.8.1 顶板开挖防止意外破坏管线  30
    2.8.2 地下施工防止土方垮塌  30-31
    2.8.3 防止结构安全事故  31-32
第3章盖挖逆作法施工工法中关键节点技术探讨和分析  32-43
  3.1 主体顶板型式的选择  32-33
    3.1.1 顶板结构直接承载施工方案  32
    3.1.2 以结构顶板间接承载的方案  32-33
  3.2 结构边坡支护体系的选择  33-36
    3.2.1 槽钢或钢板桩支护体系  34
    3.2.2 混凝土预制板桩支护体系  34
    3.2.3 土钉支护体系  34-35
    3.2.4 边坡支护体系的对比特性  35-36
  3.3 盖挖逆作法施工地下结构时结构受力特性  36-37
  3.4 地下土方开挖总结  37-39
    3.4.1 地下土方开挖施工要点  38-39
  3.5 临时支撑体系的施工  39-40
    3.5.1 临时支撑的作用  40
    3.5.2 临时支撑的设置原则  40
    3.5.3 临时支撑的安全施工措施  40
  3.6 盖挖逆作法混凝土浇筑工艺  40-41
  3.7 混凝土的施工缝  41-42
  3.8 施工动态控制  42-43
第4章盖挖逆作法支撑柱有限元对比分析  43-62
  4.1 工程概况  43-44
  4.2 模拟计算参数的确定  44-49
    4.2.1 土体参数的确定  44-45
    4.2.2 模型参数假定  45-46
    4.2.3 模型计算范围的选取  46-47
    4.2.4 本构模型选取和界面接触形式  47-49
  4.3 有限元计算结果及分析应用  49-57
    4.3.1 工况一应力和应变分析  49-50
    4.3.2 工况二应力和应变分析  50-52
    4.3.3 工况三应力和应变分析  52-53
    4.3.4 工况四应力和应变分析  53-55
    4.3.5 工况五应力和应变分析  55-57
  4.4 工况一至工况五等效应力及位移分布  57-58
  4.5 工程监测数据与有限元结果对比分析  58-60
  4.6 本章结论  60-62
第5章结论与展望  62-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
附录 A 在学期间发表的学术论文及研究成果  67

盖挖逆作法工程应用实践及施工过程中支撑柱的有限元分析

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