考虑潮汐荷载作用的沉管隧道竖向位移计算

摘要

近年来,在越江跨海领域,沉管隧道得到广泛应用,传统理论分析往往关注其纵向受弯特征,忽略了沉管隧道的抗剪特征。为研究潮汐荷载影响下的管节位移,通过三角函数模拟潮汐荷载形式,计算土层非线性固结沉降,并由此反算随时间变化的等效压缩基床参数。建立管节-地基计算模型,将沉管隧道等效为置于Winkler地基上的Timoshenko梁,进行挠度计算理论推导。与以往置于Winkler地基上的Euler梁计算模型进行比对分析,以验证改善的管节-地基计算模型的合理性。依托甬江沉管隧道,计算潮汐荷载影响下的管节-接头竖向位移,将2种理论模型的计算结果与实测数据进行对比。研究结果表明:Euler梁模型和Timoshenko梁模型最大年浮动量分别为4.3 mm和6.6 mm,基于Winkler地基上的Timoshenko梁模型的理论计算数值整体上大于置于Winkler地基上的Euler梁模型的理论计算数值,在管节沉降的前期和中期模拟效果最好,与实测数据更为吻合,从变化趋势上看,管节-接头位移波动程度小而历时长,与实测数据变化趋势相近。表明本文改善的管节-地基计算模型方法合理,同时考虑了管节接头的弯曲变形和剪切变形,更能反映沉管隧道结构受力特征和沉降变形特点,研究结果对沉管隧道的设计计算具有一定指导意义。