模型盾构隧道管片纵缝接头设计方法

考虑到拼装的缩尺模型管片环与原型管片环的纵缝接头刚度相似性难以满足要求,建议缩尺模型隧道采用开槽模型接头,并分别得到了采用两侧同时开槽、内侧开槽及外侧开槽的模型接头设计计算方法。通过开槽模型接头的管片环模型与梁—弹簧模型的计算结果比较,表明开槽模型接头的设计方法可行,开槽模型接头能很好地模拟拼装管片接头。在综合考虑开槽模型接头的开槽宽度对管片环结构内力与变形的影响与开槽模型接头的加工可行性的基础上,建议开槽模型接头对应的管片环中心角取值为3°~5°。提出的开槽模型接头设计计算理论可用于缩尺模型管片环的纵缝接头设计及在惯用法均质圆环的基础上进行局部抗弯刚度折减的数值模型隧道的建模。     

盾构法隧道管片衬砌纵缝接头受力模型的研究

本文在研究已有接头模型的基础上，引入了相应简化假设，推导出了盾构法隧道管片平面型接头力学模型，利用该模型不仅能够得到表征接头抗弯性能的M-θ曲线、接头转角及张开量等，而且还能确定接头面处接触受压区的受力状态，这使得能够从接头受力张开以及接头面混凝土接触受压两个方面更加可靠和全面地判断接头是否处于安全状态。此外，文中还建立三维有限元模型对接头进行了弹性分析，通过对所推导模型与三维有限元模型分析结果的对比分析，发现两者之间吻合较好；这表明在弹性阶段，文中提出的模型能较好反映纵缝接头的受力状态。     

盾构法隧道管片衬砌纵缝接头受力模型的研究

本文在研究已有接头模型的基础上 ,引入了相应简化假设 ,推导出了盾构法隧道管片平面型接头力学模型 ,利用该模型不仅能够得到表征接头抗弯性能的M θ曲线、接头转角及张开量等 ,而且还能确定接头面处接触受压区的受力状态 ,这使得能够从接头受力张开以及接头面混凝土接触受压两个方面更加可靠和全面地判断接头是否处于安全状态。此外 ,文中还建立三维有限元模型对接头进行了弹性分析 ,通过对所推导模型与三维有限元模型分析结果的对比分析 ,发现两者之间吻合较好 ;这表明在弹性阶段 ,文中提出的模型能较好反映纵缝接头的受力状态。     

盾构管片错缝接头效应分析

研究通缝和错缝的差异,分析其对结构内力的影响,确定通缝和错缝的适用范围对于盾构隧道的设计、施工具有重要意义。     

盾构隧道施工阶段管片接头刚度试验研究

以广州地铁盾构隧道管片为对象,通过室内足尺试验对施工阶段盾构隧道管片接头的抗弯刚度进行研究,结果表明管片接头刚度呈线性变化,且与管片接头的构造形式密切相关,并随接头内力组合的不同而变化。     

地铁管片环向接头弯曲刚度试验研究

对某城市地铁管片环向接头的弯曲变形特性进行了试验研究。加载采用两套设备 ,一套用来施加环向荷载 ,另一套用来施加弯矩。加载方法是先施加环向荷载到 75 0kN ,然后维持环向压力不变 ,施加弯矩。分别得到了在正弯矩作用下和负弯矩作用下管片接头处的弯矩 -相对转角关系曲线。每条曲线大体上分为两个部分 ,分别对应于环向接触面在张开前的变形过程和张开后的变形过程。     

盾构隧道纵向接头局部足尺试验研究

沿盾构隧道纵向,管片环与管片环之间的接头称之为纵向接头。纵向接头是变形的薄弱部位,在变形过程中受到相邻管片的约束,其受力特点与管片接头不同。文章首先采用数值模拟方法,研究纵向接头局部试验的可行性,然后开展纵向接头局部足尺试验,研究接头的受力变形特征,所得结论如下：对纵向接头进行分析时,对比整环模型及纵向等效刚度梁模型计算结果,两者接头张开量、螺栓应力相差在11%以内,管片结构塑性损伤区分布特征基本一致,故纵向等效刚度梁模型可作为纵向接头局部足尺试验的依据;纵向接头局部足尺试验时,纵向接头张开量的变化对轴力更加敏感,螺栓应变增长与环间力(轴力、弯矩)的增加基本保持一致。接缝转角在环间拉力下趋近于0,且追随环间弯矩的变化;各工况中构件表面混凝土最大拉应变出现在套筒侧管片外表面中部,最大压变出现在手孔侧管片的内表面。破坏试验中,纵向拉力3232kN时管片结构先于螺栓破坏,此时螺栓未达屈服强度。     

盾构管片接头非线性转动刚度研究

以一类采用斜直螺栓、不设传力衬垫构造形式的盾构管片接头作为研究对象,对接头非线性转动刚度变化特征以及主要影响因素进行研究。研究表明:①在特定接头轴力作用下,当弯矩超过张开临界弯矩后,接头转动刚度随着弯矩迅速衰减,接头相对柔度值仅与相对荷载(弯矩)有关,而与接头抗压刚度、截面尺寸、材料特性等无关;②高荷载水平下,接头的非线性转动特征与其有效高度的变化密切相关;③在管片接头尺寸和材料特性一定时,接头的张开临界弯矩、屈服临界弯矩以及极限弯矩等三个指标均受管片接头实际承受的轴力控制。在一定范围内,管片轴力增大,可以提高接头的极限承载力。     

隧道管片接头形式与接头刚度的研究概况

介绍了盾构法隧道装配式衬砌管片接头形式的分类,以及对管片接头进行模拟的接头模型,并归纳了研究接头模型的接头刚度的影响因素,最后指出运用有限元工具对接头进行精细化研究、探求接头尺寸效应对接头刚度影响的可行性与必要性。     

盾构管片接头转动刚度的理论与实验分析

在地铁区间盾构隧道的衬砌环结构的设计中,管片间接头处往往是结构的薄弱部位。本文在已有接头计算模型的基础上,引入简化假设,推导出了管片环向接头的力学模型,该模型考虑了混凝土的接触压力、螺栓的预紧力以及针对密封垫的修正。利用该模型可以得到接缝转角、张开量、螺栓拉力和接头转动刚度等内力和变形信息。为了验证模型的准确性,针对上海地铁区间隧道管片纵向接头进行了1∶1足尺加载试验,将试验的量测结果与理论模型的计算结果进行了对比。结果表明,计算模型可以很好反映接头的受力和变形情况。     

地铁盾构管片接头抗弯刚度模型试验与数值分析

为研究盾构管片接头抗弯刚度力学特性,采用缩尺模型试验与数值模拟的方法对其进行了研究,得到了如下结果:(1)当弯矩值小于拐点值(150 kN·m)时抗弯刚度曲线可近似为一条过原点的直线,当弯矩值超过拐点值(150 kN·m)时抗弯刚度的曲线斜率变化明显,且曲率随着偏心距e的增大而增大;(2)进行了管片纵缝接头精细有限元模拟,数值模拟获取的抗弯刚度与模型试验获取的抗弯刚度趋势一致,但前者比后者大10%~20%。经过分析得到如下结论:(1)管片抗弯刚度的曲线是高度非线性的非单调函数,其斜率较为复杂难以用方程表示;(2)弯矩越大抗弯刚度越小,正弯矩的抗弯刚度绝对值明显大于负弯矩的抗弯刚度绝对值,在偏心距e固定的情况下,随着偏心轴力N的增大,抗弯刚度先增大后减小;(3)本文数值模拟所采用的方法和选用的本构关系可用于指导计算管片结头抗弯刚度。     

基于足尺试验的钢屋架梁柱节点应力分布和刚度性能研究

以足尺试验为基础结合有限元理论分析,研究屋架结构中梁柱节点的应力分布和刚度性能。首先,根据足尺试验结果,得到了梁柱节点区域正应力和剪应力的分布规律。其次,建立节点有限元实体模型,分析节点的半刚性性能,讨论梁柱节点域的刚度性能对下弦梁端内力的影响。结果表明:在屋架整体刚接模型的基础上,考虑刚域和转动刚度后,可有效提高轴力和弯矩的计算精度。最后,将节点有限元模型的应力分布与试验结果对比,说明该节点有限元模型可以较好地模拟梁柱节点区域的应力分布情况。     

盾构法隧道管片接头转动刚度的理论研究

以上海地铁隧道为工程背景，通过建立能够完整描述接头在任一组合力(弯矩、轴力以及联结螺栓预应力——作用下的受力及变形性状的接头力学模型，分析了管片接头转动刚度的一股变化规律。研究认为，对于给定的管片尺寸，管片接头转动刚度是接头承受载荷水平的函数，减小管片厚度将导致管片接头的正、负弯矩转动刚度的降低，同时，使得二者之间的差值更大，这对于管片接头的受力性能是不利的，而通过改变管片接头中联结螺栓的位置则可以改善这种情形。同时，调整管片厚度以及联结螺栓位置可以实现在不影响甚至提高管片接头受力性能的前提下降低管片厚度以降低工程造价的目的。     

超大隧道装配式管片接头刚度的模型试验研究

目前国内外的盾构隧道都朝着更大直径方向发展。为评价超大直径装配式衬砌结构的接头力学性能,以便于在实际工程中应用,开展了两种超大直径的缩尺模型试验。试验内容分为纵缝直接头偏心受压试验、错缝夹片偏心受压试验和单体管片破坏性试验三类。在详细介绍了模型设计、试验工况和加荷系统等相关内容的基础上,重点分析了管片接头纵缝转角刚度、挠度变形与纵缝张开量、钢筋应力与螺栓受力及裂缝开展情况等。通过试验数据的类比分析,得出了超大直径20.2m盾构隧道装配式衬砌管片接头的一些受力性能与变形规律以及存在的问题。试验结果可指导类似盾构隧道的结构设计。     

盾构管片钢板加固接头试验对比分析

随着我国地铁运营线路的不断增多,盾构隧道的加固维修工作也逐步增加。常用的管片加固方法为粘贴钢板加固。为研究不同参数对钢板加固纵缝接头受力性能的影响,以钢板加固盾构隧道纵缝接头为试验对象,开展不同形式下钢板加固纵缝接头的足尺试验。试验结果表明：增加锚栓排数不影响钢板加固管片的破坏机理,增加钢板厚度影响钢板加固管片的破坏机理;对钢板加固管片,增加锚栓排数和钢板厚度均能够提升接头的承载能力。     

盾构隧道管片无衬垫接头抗弯刚度研究

在考虑接头细部构造特征的基础上,通过合理的假定和简化,建立了无弹性衬垫的管片接头抗弯刚度计算模型,并对接头抗弯刚度计算公式进行了推导.该模型考虑了接触面几何尺寸、螺栓数量、螺栓位置、螺栓预紧力以及接头弯矩、轴力等因素对接头抗弯刚度的影响.文中得出公式与接触力学模型计算结果相比,当受压区混凝土在弹性范围内时二者吻合良好,当超过弹性范围后偏差较大.因为正常使用阶段混凝土一般处于弹性状态,且本模型计算过程简便快捷,故可作为盾构隧道设计的参考.     

足尺钢屋架荷载试验

本次足尺钢屋架荷载试验比较真实地模拟了大型屋架体系在各种工况及支座不均匀沉降情况下的实际工作状况及杆件应力变形特点,对钢屋架荷载试验和钢结构设计提供了一次宝贵的经验积累。     

盾构管片接头刚度衰减系数(ACS)的影响

以盾构隧道衬砌三环原型加载破坏试验为基础,通过严格按照足尺试验尺寸、试验条件建立分析模型并消除环间作用的方法建立了单环加载破坏分析模型,着重就某局部管片接头转动刚度衰减对整环内力(弯矩)的影响进行分析,研究表明:(1)在盾构隧道管片整环破坏历程中,管片接头转动刚度的变化历程可通过转动刚度衰减系数这一特征变量进行追踪;(2)特定位置管片接头转动刚度衰减时,可导致其他位置管片弯矩发生增加或降低,且增减幅度并不一致;(3)在整环外加荷载增量保持不变的条件下,特定位置管片接头转动刚度的衰减(破坏)可导致管片环其它位置的弯矩迅速增加,从而引起或加速整环管片的破坏。     

大直径盾构隧道新型纵缝接头抗弯性能试验研究

纵缝接头是盾构隧道受力性能的薄弱部位,管片接头的形式直接影响盾构隧道的力学性能。目前国内的盾构隧道纵缝接头使用的连接件多为螺栓,新型纵缝接头使用了一种新的连接件—滑入式连接件,此种接头在大直径盾构隧道中的受力性能有待研究。本文以新型纵缝接头为研究对象,针对两种不同型号的滑入式连接件,采用模型试验的方法探究了大直径盾构隧道新型纵缝接头的受力性能,通过理论分析计算了新型纵缝接头的极限承载力,并比较分析了传统螺栓纵缝接头和新型纵缝接头的受力性能。结果表明：新型接头衬砌管片的薄弱部位在连接件周围的混凝土区域;滑入式连接件的型号直接影响新型纵缝接头的受力性能,两种接头中连接件尺寸较大的接头转角刚度相较于连接件尺寸较小的接头转角刚度增加了7.2～169.5%,极限承载能力增加了69.9%;新型纵缝接头比螺栓接头有更高的转角刚度,受力性能更好,适用于大直径盾构隧道。     

基于足尺抗火试验的三维框架结构消防安全分析

分析三维框架结构(如工业厂房)的消防安全。冷弯薄钢板作为结构构件使用,并对建筑进行了足尺抗火试验。利用有限元模型SAFIR进行盲预测分析,对火灾荷载密度为625MJ/m2、通风系数为0.009m1/2的标准火灾和自然火灾下结构构件的热响应进行预测。与预期一样,由于是薄钢板,冷弯截面的温度或多或少与防火分区内气体温度相关。力学响应的预测结果给出了27min(标准火灾)和54min(自然火灾)的抗火能力。利用足尺抗火试验结果对模型进行了验证,证明了62min的抗火能力。与一个简单的2.5D模型进行比较,证明了所提供的结果足够精确、适用于日常设计。