地下连续墙浇筑吊装施工过程数值模拟及现场实验研究

摘要

随着近年来地下空间开发建设进程的进一步加快，用作围护结构的地下连续墙也逐渐向更长、更厚的趋势发展。然而，在建筑超大型地下连续墙时，其施工难度往往较一般地下连续墙更大，也更容易在施工环节中出现新的问题。其中，地下连续墙在浇筑混凝土过程中H型钢接头水平变形过大和自身吊重变化导致的吊耳钢筋拉断，以及超大型钢筋笼吊装等问题，都是当前地下连续墙施工领域研究中亟待解决的。
　　本文以武汉市某在建地铁工程工作井的地下连续墙混凝土浇筑施工和钢筋笼吊装施工为背景，采用了理论分析和现场实验互相结合的方法，对超大型地下连续墙钢筋笼的浇筑、吊装施工过程进行了深入的研究。
　　基于三维有限元数值模拟方法，建立了能够模拟地下连续墙施工浇筑历程的有限元模型，采用了适当的屈服准则模拟周围土体和泥浆中的填充石料，并考虑了混凝土的凝结效应，通过在H型钢腹板内侧施加双线性混凝土侧向压力进行了分析计算。结合现场实验，探讨了动态浇筑过程中H型钢水平变形和吊梁支座反力的变化规律。进行了理论与实验结果的对比分析，并针对混凝土的凝结效应、泥浆对填充石料的力学参数影响进行了讨论。研究结果表明，有限元数值模拟结果和现场实验结果基本吻合，在混凝土凝结效应和泥浆影响下，地下连续墙浇筑过程中H型钢将产生明显的水平变形，且具有先增大、后回缩的变形特征，吊梁支座总反力具有先增加后下降的变化规律。
　　以钢筋笼从水平到竖直的起吊过程中的0°、30°、60°三个角度为典型工况建立了能够模拟超大型钢筋笼吊装施工过程的有限元模型，并进行了现场实验。结合数值模拟和现场实验结果，分析了动力效应影响下的笼体受力规律，确定出了吊装过程的最不利工况，并在此分析方法基础上对钢筋笼吊装施工进行了损伤分析和吊装方案优化分析。研究结果表明，钢筋笼吊装过程中动力效应明显，吊装角度成30°时纵向、横向桁架钢筋出现最大应力，钢筋笼应力分布整体表现为吊点位置附近应力明显大于非吊点位置，且通过对吊装方案进行优化，可显著提高吊装施工的安全性和经济性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 地下连续墙简介

1.2 课题研究背景

1.3 工程概况

1.4 本文的主要研究内容

第2章 数值模拟基本方法和理论基础

2.1 地下连续墙分析方法

2.2 基于有限元软件ANSYS的数值模拟

2.3 现浇混凝土侧向压力

2.4 混凝土的凝结效应

2.5 小结

第3章 地下连续墙浇筑施工过程研究

3.1 钢筋笼笼幅及浇筑方案

3.2 地下连续墙浇筑施工过程有限元分析

3.3 填充泡沫块力学性能实验

3.4 地下连续墙浇筑施工过程现场实验

3.5 浇筑施工过程影响因素分析

3.6 小结

第4章 地下连续墙钢筋笼吊装施工过程研究

4.1 钢筋笼笼幅和吊装方案的确定

4.2 吊装施工过程有限元分析

4.3 吊装施工过程现场实验

4.4 吊装施工的损伤分析及优化分析

4.5 小结

第5章 结论与展望

5.1 本文的主要研究结论

5.2 有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

作者攻读硕士期间参与的科研项目及学术成果