盾构隧道衬砌接头刚度有限元分析

６ 结语
肇 庆东站特大桥施 工中 ， 施工单位 编制 了科 学 的施工组 织设 参考文 献 ： ［ １ ］ 中华人 民共和 国建设部． 铁路线路设计规 范［ ｓ ］ 计， 并精 心组 织 、 合理安排各 节点工序 ， 在各项施 工 过程 中采 取 了 ［ ２ ］ 中华人 民共和 国铁道部． 铁路技术管理规程 ［ ｓ ］ 严格 的施工措施 ， 解 决 了支架设 计和 预压 、 变 截 面箱梁 浇筑 施工
接头抗 弯刚度 的定义 如下 ： 其衬砌结构 的特殊 性和结构受力 的复 杂性 ， 使得管 片设计有 很大 布力Ｐ
图 １ 管片接头力学简图
要有 ： 接头 的构造 、 连 接螺 栓 的布 置 、 管 片 与 管片 之 间垫 层材 料 ２ ． ２ 本 构计 算模 型及 力 学参 数 的性能 和厚度 、 连接 螺栓 的预 紧力 的大 小 与接 头 不 同 的受力 状 管片体 的构 成材料为钢筋混凝土 ， 钢筋混 凝土 是一种 复合材
摘
要： 接头 刚度 是装配式衬砌结构设计 的一个重 要参 数 ， 通过有 限元分析 软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ建 立 了管 片接头 的平面 和空 间有限 元模
型， 应 用所建 立的模 型对影响接头刚度的主要 因素即管片与管片之 间垫层材料 的性 能和厚度、 连接 螺栓预 紧力的大 小及管片 接头 不 同的受力状态进行 了系统 的分析 ， 为盾构隧道管 片设计提 供 了参考 。
ＬＩ Ｊ ｉ ｎ － ｐ ｉ ｎ ｇ
（ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｐ ｅ ａ ｒ ｌ Ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ Ｄ ｅ ｌ ｔ ａ ｌ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ｉ ｔ ｙ Ｒ ａ ｉ ｌ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ３ ０ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２ 有 限元 分析模 型 的建 立 ２ ． １ 接 头 力学模 型
接缝是管 片的薄弱 环节 ， 故 在接缝 附 近 的单 元 网格 应加 密 。 为提高计算精度 ， 混凝土及螺栓采 用 ２ ０节点的实体单元 ，用接触
管片 和 接头刚度 主要包括 接头轴向刚度系数 、 接头剪切 刚度系数 单元模拟混凝 土管片之间 以及螺栓 与螺栓孔 之间 的接触 ， 螺栓有 限元模 型见图 ２ ， 单元类型及几何尺 寸见 表 ２ 。 和接头弯 曲刚度 系数 。轴 向刚度 基 本 上 与整体 式 衬砌 没有 太大 的区别 ， 切向刚度 主要是 由螺栓的抗剪模量 以及接缝 ３ 三维有 限元模 型计 算及 结果 分析 后 同类桥梁建设 具有重要 的借鉴意义 。
态等 。
料， 其 受力行为是非 线性 的 。鉴 于分 析 的 目的， 本 问题 可做 线 弹
本文作者通过大 型有 限元计 算软件 ， 对影 响接头 刚度 的因素 性 问题分析 ， 具体 的线 弹性本构关 系材料参数见表 １ 。 进行 了分析研究 ， 并对这些影响 因素提 出了见解 。 ２ ． ３ 网格 划分
３ ］ 《 铁道建 筑》 杂志 Ｃ Ｎ １ １ ￣０ ２ ７ ／ Ｕ． 等重难点课题 ， 确保 了施 工质 量和安 全 ， 一些 关键 措施 方面 对今 ［
Ｔｈ ｅ ｔ ｕ ｒ ｎ ｏ ｕ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｂ ｅ ａ ｍ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｆｏ ． Ｚｈ ａ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ｉ ｔ ｙ ｒ ａ ｉ ｌ ｗａ ｙ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｒ ｏ ａ ｔ ａ ｒ ｅ ａ
关键词 ： 接头 刚度 ， 盾构隧道 ， 有限元分析
中 图分 类 号 ： Ｕ ４ ５ ５ ． ４ ３ 文 献标 识 码 ： Ａ
１ 概 述
盾构 隧道 技术 是现代地下工程 中广为采用 的一种 技术 ， 由于 难度 。隧道衬砌是 一种 预制的管片构件 拼装结 构 ， 环 向与纵 向管 片仅用螺栓连 接 ， 其结构形态具有 典型非线 性特 征。接头是 装配 式管片衬砌 的薄弱 环节 ， 它很大程度 上控制 着衬砌结 构整体 的变 形和承载力 ， 因此接 头 的强 度计 算 是 整个 结 构计 算 中 的重 点 内 容。表示管片接头处变形 和受力的特征参 数是接 头 刚度 ， 它 定义 为接头产生单位 转角 所需 的弯 矩。这一 特征参 数 的特性 对 于衬
砌隧道的受力状态 和变形具 有非常大 的影响 ， 因此管 片 的接 头 刚 度是设计 中一个 十分重要 的参数 。影响接 头刚度 的因素很 多 ， 主
处 的摩擦来 提供 ， 对 装 配式结 构 的内力 影响 不是很 大 ， 故在 此 不 予考虑 。接 头力 学模 型如 图 １ 所示， 混凝土 管 片在 弯矩 Ｍ、 面 均
盾 构 隧 道 衬 砌 接 头 刚 度 有 限 元 分 析
吴 兰婷 兰 宇 曾东洋
（ １ ． 北京城建设 计研究总院有限责任 公司 ， 北京 １ ０ ０ ０ ３ ７ ：２ ． 重庆高速公路集 团有限公 司， 重庆 ４ Ｏ Ｏ ０ Ｏ Ｏ ： ３ ． 中交第一公路勘察设计研究院有 限公 司 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ５ ４ ）
第３ ９卷 第 ｌ ０期 ２ ０ １ ３年 ４月
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ ＨＩ Ｔ ＥＣ Ｔ ＵＲ Ｅ
山 西 建 筑
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文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ． ２ ０ １ ３ ） １ ０ － ０ １ ８ １ — ０ ３