装配式隧道接头冲击动力响应特性

为探究3种装配式隧道接头(自重榫卯接头、螺栓榫卯接头、钢板榫卯接头)在冲击荷载作用下的动力响应特性,采用ABAQUS软件模拟3种接头在冲击荷载作用下的动力响应过程与损伤破坏特征,对比3种接头抗冲击性能。研究结果表明:装配式隧道接头在冲击作用下的响应可分为初始冲击阶段、发展阶段和稳定阶段,在此过程中接头受到冲击力、支反力及惯性力的共同作用;3种接头冲击动力响应特征受冲击质量及速度影响,当冲击质量超过1400 kg且冲击速度超过60 km/h时,接头中心位移、张开量及损伤范围均会显著增加;钢板榫卯接头是3种接头结构中抗冲击性能最优的一种结构形式;在设计装配式隧道结构抗冲击时,需重点加强接头刚度。

装配式隧道圆形和方形钢榫接头抗弯性能大尺寸试验

接头是装配式隧道建设和运营阶段最为薄弱和关键的部位,其设计及力学性能评估是一项必要的研究工作。为评估圆形和方形钢榫接头的抗弯性能,开展了大尺寸接头抗弯试验,研究了接头在荷载作用下的竖向挠度、接缝张开量及应变变化规律,探讨了其接头旋转角、延性、断裂韧性及破坏模式。研究结果表明:圆形钢榫接头的承载能力弱于方形钢榫接头,极限荷载及其对应的挠度分别比方形钢榫接头小77.71 kN和6.797 mm;同一荷载水平下,方形钢榫接头的张开量和旋转角更小,其抗变形能力强于圆形钢榫接头;2种钢榫接头的混凝土和钢筋应变响应规律在整体上相似,但方形钢榫接头的最大压应变仅为圆形钢榫接头的15%;圆形钢榫接头表现出渐进失效行为,其挠度延性指数和旋转延性指数分别是方形钢榫接头的2.28倍和1.98倍,且最终旋转角和单位荷载下旋转角增量均小于方形钢榫接头;2种钢榫接头受压弯曲时,圆形钢柱将荷载传递至接头底部,使混凝土受拉区破坏过大,主要表现出拉弯破坏模式,而方形钢柱联合更多承压区混凝土受荷,使承压区混凝土破损面积为圆形钢榫接头的3倍左右,主要表现出压弯破坏模式。研究结果可为装配式矩形隧道的接头设计提供参考。