【摘要】：沉管隧道以其埋深淺、防水性能好、地基適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)在世界范圍內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用。特別是隨著沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,沉管隧道在跨江、跨海通道工程中越來(lái)越多的采用。節(jié)段接頭相當(dāng)于沉管管節(jié)施工縫,能夠避免管節(jié)混凝土因收縮徐變或溫度應(yīng)力等產(chǎn)生的開(kāi)裂。剪力鍵是節(jié)段接頭的重要受力構(gòu)件,對(duì)于節(jié)段接頭的防水安全至關(guān)重要,然而目前國(guó)內(nèi)外在節(jié)段接頭剪力鍵的設(shè)計(jì)上卻沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),剪力鍵的設(shè)計(jì)存在一定的缺陷。本文結(jié)合國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目 港珠澳大橋跨海集群工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范‖,對(duì)節(jié)段接頭剪力鍵在地基不均勻沉降條件下的作用機(jī)理與構(gòu)造性能進(jìn)行了研究,論文主要工作如下:(1)基于現(xiàn)場(chǎng)勘察設(shè)計(jì)與國(guó)內(nèi)外研究資料,分析沉管節(jié)段接頭剪力鍵受力的主要影響因素,以及差異沉降作用下的節(jié)段接頭剪力鍵受力的典型工況。采用e-logp和改進(jìn)的Janbu切線模量法,對(duì)沉管隧道的總體地基剛度和沉降進(jìn)行了估算,為模型試驗(yàn)提供了依據(jù)。(2)采用ANSYS軟件,在考慮剪力鍵橡膠墊非線性特性,節(jié)段接頭與土體,接頭之間接觸效應(yīng)的條件下,構(gòu)建了節(jié)段接頭剪力鍵三維實(shí)體有限元模型。通過(guò)對(duì)剪力鍵受力特性的分析,確定了接頭剪力鍵受力的敏感區(qū)域;通過(guò)對(duì)接頭剪力鍵節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的積分,獲得了接頭剪力鍵剪力沿沉管縱向及橫向的空間分布規(guī)律。提出了節(jié)段接頭剪力鍵剪力沿伸出長(zhǎng)度的分布規(guī)律,以及節(jié)段接頭的剪力承擔(dān)比。(3)基于路基沉降試驗(yàn)平臺(tái),經(jīng)技術(shù)改造與升級(jí),構(gòu)建了集模型澆筑、對(duì)接、沉降控制、加載與測(cè)試于一體的五項(xiàng)試驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行了地基差異沉降條件下的沉管節(jié)段接頭剪力鍵的1:4.69大比尺模型試驗(yàn)。為了保證試驗(yàn)安全及其順利實(shí)施,采用了裝配式剪力鍵方案和相似材料配合比設(shè)計(jì)�？刂圃囼�(yàn)平臺(tái)底部千斤頂?shù)牟町惓两?可以模擬沉管節(jié)段地基縱向與橫向的差異沉降作用下的彎曲、扭轉(zhuǎn)與剪切工況。(4)在模型試驗(yàn)過(guò)程中,對(duì)模型試驗(yàn)進(jìn)行縮尺數(shù)值模擬,并根據(jù)縮尺數(shù)值模擬與足尺數(shù)值模擬的對(duì)應(yīng)關(guān)系,將模型試驗(yàn)結(jié)果反推回工程實(shí)體。根據(jù)應(yīng)力矢量結(jié)果與破壞特征,揭示了節(jié)段接頭剪力鍵的作用機(jī)理和破壞規(guī)律;根據(jù)節(jié)段接頭剪力鍵的受力特性,提出了降低節(jié)段接頭剪力鍵局部應(yīng)力的構(gòu)造措施;(5)采用三維數(shù)值模擬對(duì)比分析,揭示了節(jié)段接頭剪力鍵的高度、伸出長(zhǎng)度、墻體厚度對(duì)接頭剪力承擔(dān)比的影響規(guī)律。通過(guò)離心模型試驗(yàn)與二維數(shù)值模擬的基底應(yīng)力與剪力鍵受力的對(duì)比分析,從沉管節(jié)段與土體相互作用的整體結(jié)構(gòu)體系出發(fā),確定了剪力鍵受力與墻體結(jié)構(gòu)剛度間的關(guān)系,提出了剪力鍵尺寸應(yīng)當(dāng)與沉管墻體剛度成正比的設(shè)計(jì)原則。(6)基于Winker彈性地基梁理論,推導(dǎo)了彎曲工況與剪切工況下的接頭剪力簡(jiǎn)化公式,并根據(jù)接頭剪力承擔(dān)比,提出了接頭各剪力鍵的剪力計(jì)算公式。(7)通過(guò)理論計(jì)算與試驗(yàn)確定剪力鍵在正常使用極限狀態(tài)與承載能力極限狀態(tài)下的極限剪力。根據(jù)差異沉降與剪力鍵剪力間的回歸公式,確定可剪力鍵在正常使用極限狀態(tài)下的節(jié)段允許差異沉降值;根據(jù)覆蓋層頂部不均勻回淤厚度與剪力鍵剪力間的回歸公式,確定了剪力鍵在正常使用極限狀態(tài)下的節(jié)段覆蓋層頂部清淤標(biāo)準(zhǔn)。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U459.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2533382