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盾构隧道管片环纵向接头抗弯刚度值的不动点迭代确定方法

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岩石力学与工程学报 2014年第5期33卷 901-912页

作者：夏才初曾格华卞跃威同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

盾构隧道管片环纵向接头构造复杂,偏压荷载作用下,其变形具有明显的非线性特征,合理的接头抗弯刚度值是运用梁–弹簧模型进行盾构隧道管片环断面设计、计算的前提,而该抗弯刚度值与接头截面处内力组合情况密切相关。针对双衬垫式管片环... 详细信息

盾构隧道管片环纵向接头构造复杂,偏压荷载作用下,其变形具有明显的非线性特征,合理的接头抗弯刚度值是运用梁–弹簧模型进行盾构隧道管片环断面设计、计算的前提,而该抗弯刚度值与接头截面处内力组合情况密切相关。针对双衬垫式管片环纵向接头,利用已有简化力学模型,提出一定轴压作用下,接头各变形模式及各模式下的抗弯刚度解析式,并将已有管片接头各工况加载试验的转角实测值与对应变形模式的理论计算值进行对比,验证了其工程设计适用性。根据接头各变形模式下抗弯刚度解析式,结合基于梁–弹簧模型考虑接头刚度差异性的管片环内各纵向接头处截面内力解析式,构造关于管片环内各纵向接头抗弯刚度值的非线性方程组,由数值计算软件Maple编写该接头刚度非线性方程组的不动点迭代求解程序,多次试算最终得到合理的管片环内各纵向接头抗弯刚度值。

关键词：隧道工程盾构隧道接头抗弯刚度变形模式不动点迭代

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地铁盾构隧道管片接头抗弯刚度的数值计算

西南交通大学学报 2004年第6期39卷 744-748页

作者：曾东洋何川西南交通大学土木工程学院四川成都610031

采用三维有限元法对南京地铁区间盾构隧道管片接头的受力情况进行了数值模拟计算,研究了不同荷载作用下管片接头的变形、转角和抗弯刚度,探讨了接头转角和抗弯刚度的变化规律;通过转角、弯矩和轴力关系的拟合为接头抗弯刚度的确定提供... 详细信息

采用三维有限元法对南京地铁区间盾构隧道管片接头的受力情况进行了数值模拟计算,研究了不同荷载作用下管片接头的变形、转角和抗弯刚度,探讨了接头转角和抗弯刚度的变化规律;通过转角、弯矩和轴力关系的拟合为接头抗弯刚度的确定提供了新的途径.数值计算结果表明,管片接头抗弯刚度随轴力增大而增大,随弯矩增大迅速减小并逐渐趋于稳定;轴力对抗弯刚度的影响随弯矩的增大而减小.

关键词：盾构隧道管片接头接头转角接头抗弯刚度数值模拟

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盾构管片接头抗弯刚度影响因素研究

铁道工程学报 2008年第1期25卷 66-71页

作者：孙文昊焦齐柱兰宇中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063 重庆高速公路发展有限公司重庆400042

研究目的:推导盾构隧道管片接头抗弯刚度计算公式,研究不同影响因素作用下接头抗弯刚度的变化规律。研究结论:管片接头的接触面有效高度和接触面偏心距对管片接头抗弯刚度的影响显著,因此管片结构设计中,通过改变管片接头构造尺寸来调... 详细信息

研究目的:推导盾构隧道管片接头抗弯刚度计算公式,研究不同影响因素作用下接头抗弯刚度的变化规律。研究结论:管片接头的接触面有效高度和接触面偏心距对管片接头抗弯刚度的影响显著,因此管片结构设计中,通过改变管片接头构造尺寸来调整管片接头刚度是一种有效的手段。

关键词：盾构管片接头抗弯刚度影响因素相关曲线

预制装配式地铁车站单榫槽式接头抗弯刚度影响因素分析

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铁道标准设计 2016年第8期60卷 113-117页

作者：李习伟刘强中国矿业大学力学与建筑工程学院江苏徐州221116 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

预制装配式地铁车站接头是预制装配式地铁车站结构薄弱部位,以长春地铁2号线袁家店预制装配式车站为工程背景,采用数值模拟方法研究预制装配式地铁车站单榫槽式接头抗弯刚度的影响因素。计算结果表明:接头承受弯矩作用是导致接头抗弯刚... 详细信息

预制装配式地铁车站接头是预制装配式地铁车站结构薄弱部位,以长春地铁2号线袁家店预制装配式车站为工程背景,采用数值模拟方法研究预制装配式地铁车站单榫槽式接头抗弯刚度的影响因素。计算结果表明:接头承受弯矩作用是导致接头抗弯刚度减小的最主要因素;增大轴力以及对接头部位注浆对提高接头抗弯刚度具有显著作用;接头部位尺寸参数的改变对接头抗弯刚度的影响程度与接头部位承受的轴力有关。

关键词：地铁车站预制构件单榫式接头接头抗弯刚度数值模拟

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地铁盾构隧道管片接头刚度影响因素研究

铁道学报 2005年第4期27卷 90-95页

作者：曾东洋何川西南交通大学地下工程系四川成都610031

在对我国地铁单线区间盾构隧道衬砌结构及内力统计分析的基础上,引入面-面接触单元和衬垫单元,采用三维有限元手段对盾构隧道管片纵向接头在不同轴力、弯矩、偏心矩、螺栓预紧力、管片尺寸、衬垫厚度和螺栓位置下的接缝端面转角和接头... 详细信息

在对我国地铁单线区间盾构隧道衬砌结构及内力统计分析的基础上,引入面-面接触单元和衬垫单元,采用三维有限元手段对盾构隧道管片纵向接头在不同轴力、弯矩、偏心矩、螺栓预紧力、管片尺寸、衬垫厚度和螺栓位置下的接缝端面转角和接头抗弯刚度进行了深入研究,通过-θM关系曲线和三维图形曲线分别揭示和探讨了不同影响因素单独和共同作用下的接缝转角和接头抗弯刚度变化规律。

关键词：盾构隧道管片接头接头抗弯刚度 6LM关系曲线

基于深层神经网络的管片接头刚度非线性模型及应用

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现代隧道技术 2023年第3期60卷 24-33,73页

作者：闫鹏飞蔡永昌周龙同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

梁-弹簧模型计算公式简洁、数值实施方便,可以较好地评价衬砌管片的接头效应,在盾构隧道衬砌结构设计中已被广泛应用。作为表征接头性能的重要参数,接头刚度(尤其是抗弯刚度)的选取直接决定了梁-弹簧模型的计算精度,对盾构隧道衬砌结构... 详细信息

梁-弹簧模型计算公式简洁、数值实施方便,可以较好地评价衬砌管片的接头效应,在盾构隧道衬砌结构设计中已被广泛应用。作为表征接头性能的重要参数,接头刚度(尤其是抗弯刚度)的选取直接决定了梁-弹簧模型的计算精度,对盾构隧道衬砌结构的内力分析具有十分重要的意义。以内力(弯矩、轴力)为输入特征,以接头抗弯刚度为输出建立可以反映接头抗弯刚度非线性特征的深层神经网络模型。基于接头足尺试验数据,通过前向传播和反向传播算法训练得到具有解析形式的、全域适用的接头抗弯刚度与内力之间的非线性映射函数,克服了传统方法拟合结果局部性及难以得到整个内力空间接头抗弯刚度表达式的缺陷,为基于接头足尺试验数据的接头抗弯刚度非线性预测及统一连续表达提供了一种新的手段。深层神经网络接头抗弯刚度非线性模型预测值与足尺试验数据的对比及其在整环衬砌结构计算分析中的应用表明了该方法的正确性和有效性。

关键词：盾构隧道深层神经网络接头抗弯刚度梁-弹簧模型非线性

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盾构隧道管片环接头布设方案优化研究

公路 2019年第12期64卷 312-317页

作者：曾格华哈尔滨工业大学(深圳) 深圳市政府投资项目评审中心

盾构隧道管片环内接头抗弯刚度及承载力明显小于管片主截面段,常规工况条件下,中直径盾构隧道管片环现有设计方案的顶部及腰部接头承受较大内力,为管片环防水及结构安全的薄弱点。考虑接头刚度的非线性特征,采用梁-弹簧模型对多组接头... 详细信息

盾构隧道管片环内接头抗弯刚度及承载力明显小于管片主截面段,常规工况条件下,中直径盾构隧道管片环现有设计方案的顶部及腰部接头承受较大内力,为管片环防水及结构安全的薄弱点。考虑接头刚度的非线性特征,采用梁-弹簧模型对多组接头布设工况的管片环内力及变形特征进行计算,对比分析各工况计算结果后提出中直径盾构隧道管片环现有设计方案的优化建议。

关键词：盾构隧道接头布设方案梁-弹簧模型接头抗弯刚度

盾构隧道三维数值分析方法与衬砌力学特性研究

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盾构隧道三维数值分析方法与衬砌力学特性研究

作者：赵青西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国经济的发展和"十三五"期间城镇化进程的加快,城市公共交通的大规模建设成为必然,在建设地铁隧道时,盾构施工法由于其受施工场地和道路交通限制少,对地面生产活动影响小的优点,越来越多的成为修建城市地铁隧道的首选工法。盾构... 详细信息

随着我国经济的发展和"十三五"期间城镇化进程的加快,城市公共交通的大规模建设成为必然,在建设地铁隧道时,盾构施工法由于其受施工场地和道路交通限制少,对地面生产活动影响小的优点,越来越多的成为修建城市地铁隧道的首选工法。盾构隧道装配式衬砌设计的关键问题在于计算模型本身是否能够真实反映衬砌的实际受力状态,目前用于盾构隧道装配式衬砌的横向设计计算方法有惯用法、修正惯用法、多铰圆环法、梁-弹簧模型和梁-接头模型五种;纵向设计计算方法主要有纵向梁-弹簧模型、纵向等效连续化刚度折减模型两种。上述模型都将盾构隧道装配式衬砌沿横向和纵向简化为梁结构,并且将盾构隧道的横向力学性能和纵向力学性能区分开来进行研究分析。然而,盾构隧道的结构形式非常复杂,纵向和横向的结构性能密不可分,现有的将盾构隧道横纵向简化为梁的方法很多情况下无法准确反映衬砌整体的力学性能,与实际情况出现偏差。鉴于盾构装配式衬砌结构静力学的研究现状,采用大型有限元软件ANSYS及其二次开发语言APDL对盾构隧道的接头、衬砌的数值模拟以及既有隧道内力、变形受新建隧道下穿施工的影响进行了分析研究,主要研究内容如下:（1）对盾构隧道接头进行三维有限元建模,在模型几何参数上更加接近实际设计施工情况的同时,对接头处弹性密封衬垫的力学性能和防水效应进行深入研究,并将衬垫的力学性能以本构模型的方式应用到接头三维有限元模型计算中,得到盾构管片的抗弯刚度,为壳-弹簧盾构隧道衬砌模型的接头抗弯刚度提供参数。（2）建立壳-弹簧盾构衬砌模型,以壳单元模拟混凝土管片,以弹簧单元模拟接头,对壳-弹簧模型承受不同轴力的接头进行复杂非线性抗弯刚度的自动化迭代计算,得到不同拼装方式下衬砌环的弯矩和轴力及其分布规律。（3）建立实体单元-弹簧模型,以实体单元模拟混凝土管片,以接触单元实现管片间接触作用,以不同方向的弹簧单元模拟螺栓,三者通过组合成构件的形式模拟接头的抗弯、抗拉压和抗剪非线性效应。研究了通缝、错缝拼装工况下衬砌弯矩和轴力分布的规律,并且将实体-弹簧模型,壳-弹簧模型的计算结果与惯用法和多铰圆环法进行对比分析。（4）依托国内某新建地铁盾构隧道下穿既有运营地铁隧道实际工程,对施工进行全过程计算机仿真数值模拟。采用温度应变比拟的方式,模拟了新建隧道同步注浆浆液在凝固过程中的体积缩减效应,并通过将实体-弹簧模型引入到地层中构成地层-结构计算模型,模拟既有隧道在新建盾构隧道开挖时,既有隧道的位移影响和结构内力影响。揭示了开挖过程对于既有线盾构隧道管片弯矩,轴力,螺栓受力以及管片错台,接缝张开的变化规律。

关键词：盾构隧道装配式衬砌接头抗弯刚度壳-弹簧模型刚度迭代实体-弹簧模型接缝变形

隧道装配式衬砌UHPC接头力学特性及结构选型研究

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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隧道装配式衬砌UHPC接头力学特性及结构选型研究

作者：霍荣一北京交通大学

学位级别：硕士

装配式衬砌具有施工速度快,避免施工造成的衬砌病害等优点,随着控制爆破技术日益成熟,装配式衬砌在铁路隧道中将有广阔的应用前景。同时,鉴于超高性能混凝土具有超高的力学性能,创新性的在装配式衬砌中使用超高性能混凝土制作接头以提... 详细信息

装配式衬砌具有施工速度快,避免施工造成的衬砌病害等优点,随着控制爆破技术日益成熟,装配式衬砌在铁路隧道中将有广阔的应用前景。同时,鉴于超高性能混凝土具有超高的力学性能,创新性的在装配式衬砌中使用超高性能混凝土制作接头以提高装配式结构的工作性能,增强隧道支护体系的韧性,在应对川藏铁路等类似复杂的地质环境挑战时不失为一种新颖可行设计的思路。目前,以超高性能混凝土为基材的装配式衬砌接头尚未有人做过研究,对其工作性能认识不足,工程应用中缺乏设计依据。本文在普通混凝土接头的研究基础上进行了足尺超高性能混凝土接头荷载试验,建立了三维有限元模型,通过足尺试验和模拟两种方法对接头力学性能进行了研究,达到为设计和选型提供依据的目的。论文的主要研究内容如下:1.设计了平接式和榫槽式两种接头类型及无螺栓、曲螺栓、直螺栓和斜螺栓四种接头连接方式,在此基础上制作了八种类型的超高性能混凝土接头试件,以轴力等级为荷载划分进行了接头荷载试验和破坏试验。2.整理分析了试验实测数据,研究了接缝张开量、接头转角以及接头抗弯刚度同轴力等级和弯矩的复杂变化关系,分析了超高性能混凝土接头在加载过程中的变形特征,对比普通混凝土接头阐述了超高性能混凝土接头的优势。掌握了抗弯刚度随外荷载的变化规律及其内在机理。按弯矩区间分段给出了不同类型、不同连接方式的接头在不同轴力等级作用下的抗弯刚度的拟合计算公式。对比研究了平接式接头和榫槽式接头抗弯刚度的差异,并给出了接头选型建议。荷载试验证明,超高性能混凝土接头抗弯刚度高,承受荷载能力、适应变形能力和恢复稳定能力强,是构建韧性隧道支护体系的可行思路之一。3.依照接头荷载试验,应用ANSYS软件建立了三维精细有限元模型,研究了不同连接方式的接头在不同轴力下接头转角和抗弯刚度随弯矩的变化特征,并将数值模拟抗弯刚度结果与接头荷载试验结果进行了对照,结果显示,数值模型结果数值上虽有差异但规律上相吻合,可以为荷载试验提供补充和参考。

关键词：装配式衬砌超高性能混凝土接头接头足尺试验接头抗弯刚度