【摘要】：沉管隧道以其埋深淺、防水性能好、地基適應性強等特點在世界范圍內(nèi)有著廣泛的應用。特別是隨著沿海地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展,沉管隧道在跨江、跨海通道工程中越來越多的采用。節(jié)段接頭相當于沉管管節(jié)施工縫,能夠避免管節(jié)混凝土因收縮徐變或溫度應力等產(chǎn)生的開裂。剪力鍵是節(jié)段接頭的重要受力構(gòu)件,對于節(jié)段接頭的防水安全至關(guān)重要,然而目前國內(nèi)外在節(jié)段接頭剪力鍵的設(shè)計上卻沒有統(tǒng)一的標準,剪力鍵的設(shè)計存在一定的缺陷。本文結(jié)合國家科技支撐計劃項目 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‖,對節(jié)段接頭剪力鍵在地基不均勻沉降條件下的作用機理與構(gòu)造性能進行了研究,論文主要工作如下:(1)基于現(xiàn)場勘察設(shè)計與國內(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和改進的Janbu切線模量法,對沉管隧道的總體地基剛度和沉降進行了估算,為模型試驗提供了依據(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,接頭之間接觸效應的條件下,構(gòu)建了節(jié)段接頭剪力鍵三維實體有限元模型。通過對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;通過對接頭剪力鍵節(jié)點應力的積分,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度的分布規(guī)律,以及節(jié)段接頭的剪力承擔比。(3)基于路基沉降試驗平臺,經(jīng)技術(shù)改造與升級,構(gòu)建了集模型澆筑、對接、沉降控制、加載與測試于一體的五項試驗系統(tǒng),進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。為了保證試驗安全及其順利實施,采用了裝配式剪力鍵方案和相似材料配合比設(shè)計�？刂圃囼炂脚_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)在模型試驗過程中,對模型試驗進行縮尺數(shù)值模擬,并根據(jù)縮尺數(shù)值模擬與足尺數(shù)值模擬的對應關(guān)系,將模型試驗結(jié)果反推回工程實體。根據(jù)應力矢量結(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力的構(gòu)造措施;(5)采用三維數(shù)值模擬對比分析,揭示了節(jié)段接頭剪力鍵的高度、伸出長度、墻體厚度對接頭剪力承擔比的影響規(guī)律。通過離心模型試驗與二維數(shù)值模擬的基底應力與剪力鍵受力的對比分析,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當與沉管墻體剛度成正比的設(shè)計原則。(6)基于Winker彈性地基梁理論,推導了彎曲工況與剪切工況下的接頭剪力簡化公式,并根據(jù)接頭剪力承擔比,提出了接頭各剪力鍵的剪力計算公式。(7)通過理論計算與試驗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準。
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U459.5

【參考文獻】

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本文編號：2533382