基于殼-彈簧模型的盾構(gòu)襯砌管片受力特性研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和綜合國(guó)力的提高，大中城市地下空間開發(fā)的高潮已經(jīng)到來，地下工程的發(fā)展速度加快，而盾構(gòu)法作為一種成熟的施工技術(shù)，應(yīng)用越來越為廣泛，故加強(qiáng)理論指導(dǎo)迫在眉睫，而我國(guó)到目前為止還沒有形成全國(guó)范圍內(nèi)的系統(tǒng)盾構(gòu)規(guī)范，使得我國(guó)盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)工作具有很大的盲目性，沒有考慮我國(guó)工程實(shí)際，管片設(shè)計(jì)要么偏于保守造成浪費(fèi)，要么偏于不安全造成工程安全隱患，因此開展盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)方面的研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和使用價(jià)值，可以為安全、經(jīng)濟(jì)、合理的管片設(shè)計(jì)

2、提供指導(dǎo)。 盾構(gòu)隧道襯砌管片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題在于結(jié)構(gòu)模型本身是否能反映管片的實(shí)際受力狀態(tài)。目前隧道襯砌管片橫向理論解析分析方法主要有四種：慣用法、修正慣用法、多鉸環(huán)法以及梁-彈簧模型；縱向理論解析分析方法主要有兩種：縱向梁-彈簧模型、縱向等效連續(xù)化模型，上述幾種模型無一例外的都是將管片沿縱向或橫向簡(jiǎn)化為梁進(jìn)行計(jì)算，但是盾構(gòu)隧道是一圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，又是由許多管片拼裝并用螺栓連接而成，結(jié)構(gòu)性態(tài)相當(dāng)復(fù)雜，沿橫向和縱向簡(jiǎn)化為梁，在很多情況下難

3、以準(zhǔn)確反映管片環(huán)之間的結(jié)構(gòu)性能，因而與隧道實(shí)際的力學(xué)特性及結(jié)構(gòu)性能會(huì)有一定的差異。另一方面隨著設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)的成熟，國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)襯砌管片環(huán)寬度有增加的趨勢(shì)，此時(shí)用梁來模擬襯砌管片不能完全反映管片的力學(xué)特性。而且隧道縱向結(jié)構(gòu)性能和橫向結(jié)構(gòu)性能是密不可分的，隧道襯砌的橫向結(jié)構(gòu)性能的變化將不可避免地引起隧道襯砌的縱向結(jié)構(gòu)性能發(fā)生一定的變化，反之亦然。而目前的結(jié)構(gòu)模型都是僅僅針對(duì)縱向結(jié)構(gòu)性能或橫向結(jié)構(gòu)性能的，沒有一種模型能同時(shí)適用于隧道兩個(gè)方向的

4、結(jié)構(gòu)性能分析。本文的主要研究如下： 1、在研究了現(xiàn)有盾構(gòu)法隧道襯砌管片設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)之上，提出了能較為全面反應(yīng)盾構(gòu)法隧道襯砌管片力學(xué)特性的殼-彈簧模型，并編制了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序。模型中用矩形平板殼單元來模擬襯砌管片，用彈簧單元來模擬管片的接頭效應(yīng)，并驗(yàn)證了殼-彈簧模型程序的正確性。 2、運(yùn)用殼-彈簧模型和梁-彈簧模型對(duì)盾構(gòu)隧道襯砌管片的橫向受力特性進(jìn)行研究分析，比較兩種模型計(jì)算盾構(gòu)襯砌管片錯(cuò)縫拼裝時(shí)的力學(xué)特性的異同，從力

5、學(xué)機(jī)理上來解釋梁-彈簧模型和殼-彈簧模型計(jì)算導(dǎo)致差異的原因； 3、分析了隨管片環(huán)寬、管片厚度、及埋深的不同，梁-彈簧模型和殼-彈簧模型計(jì)算結(jié)果的差異，明確了梁彈簧模型的適用范圍。 4、運(yùn)用殼-彈簧模型對(duì)修正慣用法中設(shè)計(jì)參數(shù)管片環(huán)彎曲剛度有效率η和彎矩提高率ξ進(jìn)行研究，擬合了管片彎曲剛度有效率η和彎矩提高率ξ的公式，并探討了合理取值范圍。 5、運(yùn)用殼-彈簧模型對(duì)隧道的縱向等效彎曲剛度進(jìn)行研究分析，考慮了縱縫對(duì)縱向等