模型盾構隧道管片縱縫接頭設計方法
發(fā)布時間：2021-06-07 06:07
考慮到拼裝的縮尺模型管片環(huán)與原型管片環(huán)的縱縫接頭剛度相似性難以滿足要求,建議縮尺模型隧道采用開槽模型接頭,并分別得到了采用兩側同時開槽、內(nèi)側開槽及外側開槽的模型接頭設計計算方法。通過開槽模型接頭的管片環(huán)模型與梁—彈簧模型的計算結果比較,表明開槽模型接頭的設計方法可行,開槽模型接頭能很好地模擬拼裝管片接頭。在綜合考慮開槽模型接頭的開槽寬度對管片環(huán)結構內(nèi)力與變形的影響與開槽模型接頭的加工可行性的基礎上,建議開槽模型接頭對應的管片環(huán)中心角取值為3°5°。提出的開槽模型接頭設計計算理論可用于縮尺模型管片環(huán)的縱縫接頭設計及在慣用法均質圓環(huán)的基礎上進行局部抗彎剛度折減的數(shù)值模型隧道的建模。
【文章來源】：巖土工程學報. 2015,37(06)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
螺栓連接管片接頭與開槽模型接頭Fig.1Segmentjointconnectedbyboltsandgroovedmodeljoints
1EIkLEIEIkL。(8)設開槽模型接頭的開槽段厚度h，因3'12bhI，因此可得到311212()IkILhbbEIkL，(9)解得33112121212()()2()LkIIkDDhbEIkLbEIbkDD，(10)式中，b為管片環(huán)的縱向寬度，h為管片的厚度，h為開槽模型接頭的開槽段厚度。1.2單側開槽的縱縫模型接頭分析以上分析開槽法進行開槽模型接頭設計時為采用兩側等深度開槽。然而，在模型試驗時，有時為了方便布設測試元件或其他考慮，也可以選擇在管片環(huán)的內(nèi)側或外側開槽進行開槽模型接頭設計，如圖2所示。因在開槽段曲梁長度應以開槽后的開槽段曲梁的彎曲中性軸弧長進行計算，管片環(huán)的內(nèi)側或外側進行開槽時開槽后的曲梁長度分別為122DhL，(11)232DhL。(12)圖2單側開槽的模型接頭Fig.2Groovedmodeljointsslottedinternallyandexternally將式（11）、（12）分別代入式（7），得到采用內(nèi)側或外側進行開槽時開槽段曲梁厚度的一元三次方程：31(EIkL)bh6kIh6DkI0，(13)32(EIkL)bh6kIh6DkI0，(14)式中，2L為采用內(nèi)側開槽時開槽曲梁的長度，3L為采用外側開槽時開槽曲梁的長度。從方程（13）、（14）中可以看出，方程中二次項系數(shù)為0，開槽段曲梁厚度h'的有理解是唯一的。1.3數(shù)值模型的縱縫接頭設計以上分析時是考慮實體模型管片環(huán)設計，接頭位置采用開槽法進行抗彎剛度折減，在減小EI時通過減
折減區(qū)寬度有關。此處，在模擬過程中，所模擬的接頭剛度是一個恒定的接頭剛度，若需要考慮管片接頭的非線性變化時，通過相關迭代計算進行即可。2設計理論的驗證分析2.1驗證實例的選取在上文分析中得到了根據(jù)管片接頭剛度設計開槽模型接頭的方法，為了驗證方法的可行性，以上海地鐵通縫拼裝盾構隧道管片環(huán)為例進行驗證分析，其外徑6.2m，管片厚度0.35m，管片寬度1.2m。管片采用高強混凝土模筑，其強度等級為C55，對應的彈性模量為35.5GPa，泊松比為0.18。管片環(huán)由6塊管片拼接而成，其分塊方式及角度位置確定規(guī)則如圖3所示。管片環(huán)的環(huán)向與縱向均采用M30直螺栓連接，其機械性能等級為5.8級。為了得到管片的接頭剛度，通過某結構荷載足尺試驗進行反演分析。足尺試驗通過24個均勻分布的加載點施加集中荷載來模擬盾構隧道周圍土體的分布荷載，所有集中荷載分成3組，分別為1P（6個加載點）、2P（10個加載點）與3P（8個加載點），如圖1所示[15-16]。反演分析時選取了試驗的4個不同加載工況下的位移實測結果作為參考依據(jù)，如表1所示[15]（文中所有的位移值以該點向外側移動為正，反之亦然）。圖3集中荷載分布與管片環(huán)分塊方式[15-16]Fig.3Forcedistributionanddivisionofsegmentring[15-16]反演分析時在ANSYS有限元模擬軟件中建立梁–彈簧模型（建立了結點366個，曲梁單元360個，彈簧單元6個，彈簧單元的只考慮轉動剛度）�？紤]到隧道結構與荷載的對稱性，設8°與352°位置的管片縱縫接頭剛度為k1，73°與287°位置的管片縱縫接頭剛度為k2，138°與222°位置的管片縱縫接頭剛度為k3；在0°與180°位置（即頂部與底部）加水平向約束，在90°與270°位置加豎向約束（如圖4所示）。反演分析所得的
【參考文獻】：
期刊論文
[1]超載工況下盾構隧道結構承載能力的試驗研究[J]. 柳獻,張浩立,魯亮,王秀志. 地下工程與隧道. 2013(04)
[2]修正慣用法中彎曲剛度有效率的影響因素分析及計算方法[J]. 彭益成,丁文其,閆治國,黃星程,肖冰峰. 巖土工程學報. 2013(S1)
[3]盾構管片接頭簡化數(shù)值模擬方法[J]. 葛世平,謝東武,丁文其,歐陽文彪. 巖土工程學報. 2013(09)
[4]地鐵盾構隧道足尺整環(huán)結構極限承載能力試驗研究[J]. 魯亮,孫越峰,柳獻,王秀志,王維朋. 結構工程師. 2012(06)
[5]盾構管片接頭模型的改進及管片內(nèi)力的數(shù)值計算[J]. 侯公羽,楊悅,劉波. 巖石力學與工程學報. 2007(S2)
[6]盾構隧道橫向剛度有效率研究[J]. 黃宏偉,徐凌,嚴佳梁,余占奎. 巖土工程學報. 2006(01)
[7]地鐵盾構隧道管片接頭剛度影響因素研究[J]. 曾東洋,何川. 鐵道學報. 2005(04)
[8]地鐵盾構隧道管片結構力學行為模型試驗研究[J]. 唐志成,何川,林剛. 巖土工程學報. 2005(01)
[9]盾構法隧道管片接頭轉動剛度的理論研究[J]. 蔣洪勝,侯學淵. 巖石力學與工程學報. 2004(09)
[10]圓形隧道裝配式襯砌接頭剛度模型研究[J]. 張厚美,過遲,付德明. 巖土工程學報. 2000(03)
本文編號：3216029
【文章來源】：巖土工程學報. 2015,37(06)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
螺栓連接管片接頭與開槽模型接頭Fig.1Segmentjointconnectedbyboltsandgroovedmodeljoints
1EIkLEIEIkL。(8)設開槽模型接頭的開槽段厚度h，因3'12bhI，因此可得到311212()IkILhbbEIkL，(9)解得33112121212()()2()LkIIkDDhbEIkLbEIbkDD，(10)式中，b為管片環(huán)的縱向寬度，h為管片的厚度，h為開槽模型接頭的開槽段厚度。1.2單側開槽的縱縫模型接頭分析以上分析開槽法進行開槽模型接頭設計時為采用兩側等深度開槽。然而，在模型試驗時，有時為了方便布設測試元件或其他考慮，也可以選擇在管片環(huán)的內(nèi)側或外側開槽進行開槽模型接頭設計，如圖2所示。因在開槽段曲梁長度應以開槽后的開槽段曲梁的彎曲中性軸弧長進行計算，管片環(huán)的內(nèi)側或外側進行開槽時開槽后的曲梁長度分別為122DhL，(11)232DhL。(12)圖2單側開槽的模型接頭Fig.2Groovedmodeljointsslottedinternallyandexternally將式（11）、（12）分別代入式（7），得到采用內(nèi)側或外側進行開槽時開槽段曲梁厚度的一元三次方程：31(EIkL)bh6kIh6DkI0，(13)32(EIkL)bh6kIh6DkI0，(14)式中，2L為采用內(nèi)側開槽時開槽曲梁的長度，3L為采用外側開槽時開槽曲梁的長度。從方程（13）、（14）中可以看出，方程中二次項系數(shù)為0，開槽段曲梁厚度h'的有理解是唯一的。1.3數(shù)值模型的縱縫接頭設計以上分析時是考慮實體模型管片環(huán)設計，接頭位置采用開槽法進行抗彎剛度折減，在減小EI時通過減
折減區(qū)寬度有關。此處，在模擬過程中，所模擬的接頭剛度是一個恒定的接頭剛度，若需要考慮管片接頭的非線性變化時，通過相關迭代計算進行即可。2設計理論的驗證分析2.1驗證實例的選取在上文分析中得到了根據(jù)管片接頭剛度設計開槽模型接頭的方法，為了驗證方法的可行性，以上海地鐵通縫拼裝盾構隧道管片環(huán)為例進行驗證分析，其外徑6.2m，管片厚度0.35m，管片寬度1.2m。管片采用高強混凝土模筑，其強度等級為C55，對應的彈性模量為35.5GPa，泊松比為0.18。管片環(huán)由6塊管片拼接而成，其分塊方式及角度位置確定規(guī)則如圖3所示。管片環(huán)的環(huán)向與縱向均采用M30直螺栓連接，其機械性能等級為5.8級。為了得到管片的接頭剛度，通過某結構荷載足尺試驗進行反演分析。足尺試驗通過24個均勻分布的加載點施加集中荷載來模擬盾構隧道周圍土體的分布荷載，所有集中荷載分成3組，分別為1P（6個加載點）、2P（10個加載點）與3P（8個加載點），如圖1所示[15-16]。反演分析時選取了試驗的4個不同加載工況下的位移實測結果作為參考依據(jù)，如表1所示[15]（文中所有的位移值以該點向外側移動為正，反之亦然）。圖3集中荷載分布與管片環(huán)分塊方式[15-16]Fig.3Forcedistributionanddivisionofsegmentring[15-16]反演分析時在ANSYS有限元模擬軟件中建立梁–彈簧模型（建立了結點366個，曲梁單元360個，彈簧單元6個，彈簧單元的只考慮轉動剛度）�？紤]到隧道結構與荷載的對稱性，設8°與352°位置的管片縱縫接頭剛度為k1，73°與287°位置的管片縱縫接頭剛度為k2，138°與222°位置的管片縱縫接頭剛度為k3；在0°與180°位置（即頂部與底部）加水平向約束，在90°與270°位置加豎向約束（如圖4所示）。反演分析所得的
【參考文獻】：
期刊論文
[1]超載工況下盾構隧道結構承載能力的試驗研究[J]. 柳獻,張浩立,魯亮,王秀志. 地下工程與隧道. 2013(04)
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[3]盾構管片接頭簡化數(shù)值模擬方法[J]. 葛世平,謝東武,丁文其,歐陽文彪. 巖土工程學報. 2013(09)
[4]地鐵盾構隧道足尺整環(huán)結構極限承載能力試驗研究[J]. 魯亮,孫越峰,柳獻,王秀志,王維朋. 結構工程師. 2012(06)
[5]盾構管片接頭模型的改進及管片內(nèi)力的數(shù)值計算[J]. 侯公羽,楊悅,劉波. 巖石力學與工程學報. 2007(S2)
[6]盾構隧道橫向剛度有效率研究[J]. 黃宏偉,徐凌,嚴佳梁,余占奎. 巖土工程學報. 2006(01)
[7]地鐵盾構隧道管片接頭剛度影響因素研究[J]. 曾東洋,何川. 鐵道學報. 2005(04)
[8]地鐵盾構隧道管片結構力學行為模型試驗研究[J]. 唐志成,何川,林剛. 巖土工程學報. 2005(01)
[9]盾構法隧道管片接頭轉動剛度的理論研究[J]. 蔣洪勝,侯學淵. 巖石力學與工程學報. 2004(09)
[10]圓形隧道裝配式襯砌接頭剛度模型研究[J]. 張厚美,過遲,付德明. 巖土工程學報. 2000(03)
本文編號：3216029
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