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(cè)同時(shí)開槽、內(nèi)側(cè)開槽及外側(cè)開槽的模型接頭設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算結(jié)果比較,表明開槽模型接頭的設(shè)計(jì)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(duì)管片環(huán)結(jié)構(gòu)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(chǔ)上,建議開槽模型接頭對(duì)應(yīng)的管片環(huán)中心角取值為3°⁵°。提出的開槽模型接頭設(shè)計(jì)計(jì)算理論可用于縮尺模型管片環(huán)的縱縫接頭設(shè)計(jì)及在慣用法均質(zhì)圓環(huán)的基礎(chǔ)上進(jìn)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(xué)報(bào). 2015,37(06)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

螺栓連接管片接頭與開槽模型接頭Fig.1Segmentjointconnectedbyboltsandgroovedmodeljoints

1EIkLEIEIkL。(8)設(shè)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?qū)挾�，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(cè)開槽的縱縫模型接頭分析以上分析開槽法進(jìn)行開槽模型接頭設(shè)計(jì)時(shí)為采用兩側(cè)等深度開槽。然而，在模型試驗(yàn)時(shí)，有時(shí)為了方便布設(shè)測(cè)試元件或其他考慮，也可以選擇在管片環(huán)的內(nèi)側(cè)或外側(cè)開槽進(jìn)行開槽模型接頭設(shè)計(jì)，如圖2所示。因在開槽段曲梁長(zhǎng)度應(yīng)以開槽后的開槽段曲梁的彎曲中性軸弧長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，管片環(huán)的內(nèi)側(cè)或外側(cè)進(jìn)行開槽時(shí)開槽后的曲梁長(zhǎng)度分別為122DhL，(11)232DhL。(12)圖2單側(cè)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(cè)或外側(cè)進(jìn)行開槽時(shí)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(cè)開槽時(shí)開槽曲梁的長(zhǎng)度，3L為采用外側(cè)開槽時(shí)開槽曲梁的長(zhǎng)度。從方程（13）、（14）中可以看出，方程中二次項(xiàng)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(shè)計(jì)以上分析時(shí)是考慮實(shí)體模型管片環(huán)設(shè)計(jì)，接頭位置采用開槽法進(jìn)行抗彎剛度折減，在減小EI時(shí)通過減

折減區(qū)寬度有關(guān)。此處，在模擬過程中，所模擬的接頭剛度是一個(gè)恒定的接頭剛度，若需要考慮管片接頭的非線性變化時(shí)，通過相關(guān)迭代計(jì)算進(jìn)行即可。2設(shè)計(jì)理論的驗(yàn)證分析2.1驗(yàn)證實(shí)例的選取在上文分析中得到了根據(jù)管片接頭剛度設(shè)計(jì)開槽模型接頭的方法，為了驗(yàn)證方法的可行性，以上海地鐵通縫拼裝盾構(gòu)隧道管片環(huán)為例進(jìn)行驗(yàn)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(qiáng)混凝土模筑，其強(qiáng)度等級(jí)為C55，對(duì)應(yīng)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(jī)械性能等級(jí)為5.8級(jí)。為了得到管片的接頭剛度，通過某結(jié)構(gòu)荷載足尺試驗(yàn)進(jìn)行反演分析。足尺試驗(yàn)通過24個(gè)均勻分布的加載點(diǎn)施加集中荷載來模擬盾構(gòu)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(gè)加載點(diǎn)）、2P（10個(gè)加載點(diǎn)）與3P（8個(gè)加載點(diǎn)），如圖1所示[15-16]。反演分析時(shí)選取了試驗(yàn)的4個(gè)不同加載工況下的位移實(shí)測(cè)結(jié)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(diǎn)向外側(cè)移動(dòng)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(shí)在ANSYS有限元模擬軟件中建立梁–彈簧模型（建立了結(jié)點(diǎn)366個(gè)，曲梁?jiǎn)卧?60個(gè)，彈簧單元6個(gè)，彈簧單元的只考慮轉(zhuǎn)動(dòng)剛度）�？紤]到隧道結(jié)構(gòu)與荷載的對(duì)稱性，設(shè)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

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本文編號(hào)：3216029