地下连续墙钢筋笼吊装仿真及优化.pdf

地下连续墙钢筋笼吊装仿真及优化 1、引言 随着我国城市化的推进及满足国民对公共交通的需求，很多城市都在建设地铁，地铁车站大都采用明挖法施工，地下连续墙是众多支护中应用最广泛的基坑维护结构。从 1863 年世界最早的伦敦地铁开通以来，地铁已经在近 100 个城市运行，目前，北京、上海地铁通车运营里程已达 500 公里以上，同时我们有 20 多个城市正在或者申请修建地下铁道解决城市交通问题，我国目前处在地铁工程开发的高潮，因而对这类工程的地下结构施工提出了更高的要求。地下连续墙钢筋笼的传统设计通常不考虑其在吊装施工过程中的受力1、2。施工分析采用附加加固钢筋组成的纵向、横向钢筋桁架作为支撑结构保证钢筋笼吊装过程中的整体刚度和几何稳定性。但是，这种方法缺乏理论计算，容易造成事故或者材料浪费。鉴如此，赵兴波等3进行了地下连续墙钢筋笼吊装方案研究，分析了钢笼刚度和吊点位置；杨宝珠等4利用 Abaqus 软件对钢筋笼吊装过程进行模拟，为相关工程提供了参考依据。同济大学朱大宇5对整个 GFRP筋笼吊装过程进行了有限元建模分析。Xin Wang 等6应用 Ansys 对大跨度钢结构吊装吊点进行了优化分析；S Rajasekaran7对海洋平台吊装进行了吊点位置优化分析。传统有限元方法模拟吊装需要应用刚体方法获得不同位置时每根绳索的力，再把这些力施加到钢筋笼上，对钢筋笼每个独立位置进行有限元分析。本文应用有限元分析软件 Abaqus8对钢筋笼进行数值模拟，利用 Abaqus 的 Slip Ring 单元对滑轮的运动进行模拟，避免了传统方法由于钢筋笼自身变形带来的误差，特别是对于像 GFRP 筋笼此类大变形结构如果采用传统方法会有很大误差。另外本文还应用多学科多目标优化软件 Isight9对地下连续墙钢筋笼吊点位置进行优化。2、钢筋笼有限元模型 2.1 有限元模型 本文以图 1 所示某地下连续墙钢筋笼吊装为工程背景，该地下连续墙钢筋笼长 45.8 米，宽 6 米，厚 0.86 米。图 1 钢筋笼吊装示意图 分析采用 Abaqus 三维有限元分析软件，地下连续墙钢筋笼有限元模型所有单元模型采用 B31 梁单元和 S3R 壳单元模拟，吊装结构还包含 8条绳索和 8 个滑轮，绳索应用只抗拉，不抗压和弯的索单元模拟，而滑轮利用 Abaqus 的 SlipRing 连接单元模拟，该单元很好模拟滑轮的力学特性。2.2 Slip Ring 单元描述 图 2 Slip Ring 滑轮连接单元 3、工况及结果 分别计算地下连续墙钢筋笼两种工况：重力作用和主吊提升 10m。3.1 重力作用 约束滑轮 1、2、5、6 中心点，施加重力加速度，达到平衡后绳索的变形情况如图 3 所示，钢筋笼的垂直变形 5.6cm。图 3 平衡后绳索的变形