STS新管幕構件抗彎性能試驗研究及數值模擬

賈鵬蛟，趙文，關永平，李慎剛，韓健勇，侯文峪，王超，劉云安

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STS新管幕構件抗彎性能試驗研究及數值模擬

賈鵬蛟1，趙文1，關永平2，李慎剛1，韓健勇1，侯文峪1，王超1，劉云安1

(1. 東北大學 資源與土木工程學院，遼寧 沈陽，110819；2. 鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津，300142)

基于2榀STS(Steel Tube Slab)新管幕構件的抗彎試驗，研究STS新管幕構件的破壞形態及受力機制。為充分研究支護參數對新管幕構件抗彎性能的影響，運用ABAQUS建立STS新管幕構件的有限元模型。以此模型為依據，分析鋼管厚度、翼緣板厚度、螺栓直徑、混凝土強度、鋼管間距、翼緣板焊接等參數對新管幕構件抗彎性能的影響規律。研究結果表明：鋼管厚度、翼緣板厚度、螺栓直徑和混凝土強度對構件的極限承載力影響不明顯；鋼管間距改變對構件的極限承載力影響較大；下翼緣板焊接對構件的極限承載力影響極大。研究結果可為新管幕結構的應用提供理論依據。

新管幕構件；抗彎性能；數值模擬；延性；破壞模式

STS(steel tube slab)新管幕工法是一種新型的淺埋暗挖地下施工技術，它是采用翼緣板和螺栓將若干個鋼管拼裝在一起，并在鋼管內側和相鄰鋼管連接處澆筑混凝土，形成一個共同受力的臨時支護結構。STS新管幕工法施工在管幕結構的保護下，工程安全性和結構可靠性都大大提高。在修筑地鐵時，相比較與傳統的淺埋暗挖法，它不僅能夠降低對既有建筑物的影響、減小地層變形等技術難題，而且針對淺埋地層的大斷面地下結構也可采用全斷面暗挖法施工[1?4]。因此，STS新管幕工法具有廣闊的應用前景。自20世紀70年代，利用密集排布大直徑頂管為基礎建造大斷面地下空間的技術被提出后，COLLE等[5?7]對管幕進行理論和試驗研究。JIN等[8]對鋼管混凝土受彎構件進行數值模擬，并對不同參數進行了對比分析，提出了鋼管混凝土構件的計算方法。ELLOBODY等[9]利用ABAQUS分析鋼管混凝土在改變混凝土強度和鋼管徑厚比時承載力的變化。在圓形鋼管混凝土構件抗彎承載力方面許多學者也進行了有關試驗研究[10?13]。但目前國內外對STS新管幕構件的研究相對較少，鑒于此，本文作者基于2榀STS新管幕構件的室內試驗和數值模擬，揭示了新管幕構件的破壞形態及受力機制，并分析鋼管厚度、翼緣板厚度、螺栓直徑、混凝土強度、鋼管間距、翼緣板焊接等參數變化對新管幕構件抗彎性能的影響，找出影響新管幕構件受力性能的主要因素，為以后的相關試驗研究和工程計算提供參考及依據。

1 工程及試驗概況

1.1 工程概況

沈陽地鐵某車站為14 m島式站臺，車站總長150 m，兩端為明挖3層，中間段為暗挖3層雙柱3跨斷面，長度為80.8 m，結構凈寬22.9 m，高21.24 m，底板埋深約24.5 m，覆土約3.0 m，見圖1。其中暗挖段采用STS新管幕結構作為主體結構施工階段的臨時支護體系，在永久支護結構形成之前主要由STS新管幕結構承受覆土壓力及路面荷載，其受力特性和破壞模式是暗挖段主體結構設計的重要環節。