賈鵬蛟，趙文，關(guān)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(gòu)件抗彎性能試驗研究及數(shù)值模擬

賈鵬蛟1，趙文1，關(guān)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(shè)計院集團有限公司，天津，300142)

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

新管幕構(gòu)件；抗彎性能；數(shù)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(shù)，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(nèi)側(cè)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(jié)構(gòu)。STS新管幕工法施工在管幕結(jié)構(gòu)的保護下，工程安全性和結(jié)構(gòu)可靠性都大大提高。在修筑地鐵時，相比較與傳統(tǒng)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(shù)難題，而且針對淺埋地層的大斷面地下結(jié)構(gòu)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(yīng)用前景。自20世紀70年代，利用密集排布大直徑頂管為基礎(chǔ)建造大斷面地下空間的技術(shù)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(gòu)件進行數(shù)值模擬，并對不同參數(shù)進行了對比分析，提出了鋼管混凝土構(gòu)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(gòu)件抗彎承載力方面許多學者也進行了有關(guān)試驗研究[10?13]。但目前國內(nèi)外對STS新管幕構(gòu)件的研究相對較少，鑒于此，本文作者基于2榀STS新管幕構(gòu)件的室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬，揭示了新管幕構(gòu)件的破壞形態(tài)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(shù)變化對新管幕構(gòu)件抗彎性能的影響，找出影響新管幕構(gòu)件受力性能的主要因素，為以后的相關(guān)試驗研究和工程計算提供參考及依據(jù)。

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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)施工階段的臨時支護體系，在永久支護結(jié)構(gòu)形成之前主要由STS新管幕結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。