剪切荷载作用下盾构隧道带新型定位榫管片的力学特性

基于成都某地铁工程应用的一种带新型定位榫的盾构隧道管片结构,运用ABAQUS软件分别建立有无定位榫的管片接头三维精细化模型,研究该定位榫对连接螺栓受力、管片塑性区分布以及管片错台量的影响,探究其在管片结构抗剪中的作用机理。结果表明:定位榫在管片受剪时承担总剪力的52%;定位榫能显著降低螺栓的受力,有定位榫后螺栓的轴力峰值至少下降75.1%、剪力峰值下降76.4%;有定位榫后螺栓塑性应变范围有所增大,但螺栓上下两侧的塑性应变峰值分别减小80.5%和90.6%;固定定位榫的凹槽对管片接缝面有削弱作用,导致管片环向和纵向的相对塑性区宽度分别增加93.7%和44.2%,但管片的最大塑性应变峰值减小7.2%,同时螺栓对管片径向的挤压也有所减小;剪切荷载小于460 kN时,带定位榫的管片错台量略大,剪切荷载超过460 kN后,带定位榫管片的错台量更小且增长速率更低。带新型定位榫的盾构隧道管片能够有效保护连接螺栓,改善接头力学性能。

压弯荷载作用下带有定位榫盾构隧道管片接缝的力学特性

依托于国内一地铁盾构隧道,采用有限元软件ABAQUS建立带有定位榫的盾构隧道管片接头三维模型,从管片应力、接缝位移、螺栓内力、定位榫内力与变形四个方面对带有定位榫的盾构隧道管片接头抗弯力学性能进行分析。结果表明:管片压溃区开始于纵缝处并向前后两块夹持管片延伸,最终呈杠铃状;纵缝削弱了其左右两侧0.33 m范围内管片刚度;环缝与纵缝交点错台量和张开量最大;定位榫对螺栓受力状态影响显著,螺栓中部截面角度-7.5°~7.5°区域轴力突然减小,剪力突然增大,两个纵向螺栓轴力分别在弯矩大于300 kN·m和大于600 kN·m时在该区域出现反向现象;定位榫在弯矩作用下内力较小,剪力最大值出现在0°截面处;弯矩越大,定位榫变形量越大,但定位榫不同角度变形量之间的关系基本不受弯矩变化影响。