盾构隧道斜螺栓接头受力性能与火灾下温度分布规律

利用有限元计算软件ABAQUS建立了环向复合管片与环向斜螺栓接头的三维实体模型;考虑复合管片材料的非线性,采用弹塑性本构模型,分析了环向斜螺栓接头在常温下的力学特性;根据HC升温曲线,分析了接头模型的传热特性,研究了复合管片衬砌和环向斜螺栓接头在火灾下的温度分布规律。分析结果表明:采用高强螺栓能够有效减小接头张开量,增大接头刚度;在采用高强螺栓的情况下,斜螺栓最大轴应力易在初始阶段达到屈服,屈服后接头弯矩和轴力的增大对斜螺栓的应力影响并不大,但对斜螺栓变形影响较大,当接头负弯矩从7kN·m增加到122kN·m,接头轴力从368kN增加到734kN时,斜螺栓最大应变增加1.6倍,当接头正弯矩从53kN·m增加到182kN·m,接头轴力从903kN增加到1 056kN时,斜螺栓最大应变增加5.9倍;常温下接缝附近斜螺栓的轴应力呈现反对称分布,除接缝外其他部位斜螺栓的轴应力基本相等,约为400MPa,接缝处轴应力绝对值最大值可达700MPa;火灾情况下手孔处温度上升最快且达到的温度最高,80min时即可达到1 000℃,接缝处混凝土在100min后达到稳定温度,螺母处混凝土在150min后达到稳定温度,稳定温度均为1 000℃左右。

斜螺栓等级对盾构隧道接头受力和变形的影响

盾构隧道管片接头的性能对衬砌环的受力和变形有很大影响,尤其在软土地区,接头变形过大会造成渗水和漏泥等危害。以盾构隧道复合管片斜螺栓接头为研究对象,基于实际隧道工程,利用ABAQUS建立了复合管片及斜螺栓的三维实体模型,对管片环向斜螺栓接头在荷载作用下的受力及变形规律进行研究,分析不同等级普通螺栓和高强螺栓对接头错台量和张开量以及斜螺栓应力应变的影响。分析结果表明:斜螺栓接头承受正弯矩的能力优于负弯矩;采用高强螺栓能够有效的减小接头张开量,增大接头刚度,从而减小渗漏现象;弯矩较大时,螺栓等级越高,高强螺栓对错台量的控制越好;同样荷载条件下,高强螺栓应力大于普通螺栓,但应变较小,等级越高应变越小。

大直径盾构隧道管片纵缝三斜螺栓接头力学特性研究

基于精细化数值模型研究大直径盾构隧道管片纵缝三斜螺栓接头在不同轴压下的力学特性,揭示了接头裂缝分布情况、接头竖向位移、张开量、转角和抗弯刚度等参数随接头弯矩的变化规律。结果表明:在正弯矩的作用下,管片裂缝分布有受压裂缝、内缘手孔处沿宽度贯通拉裂缝、接缝面螺栓孔的拉裂缝以及侧边的斜裂缝,而受压裂缝和接缝面螺栓孔处的拉裂缝也存在于负弯矩作用下的模型;管片出现两条沿宽度方向贯通裂缝的现象,对应接头竖向位移、混凝土压应变和接头张开量3个力学特性曲线的拐点,曲线随弯矩增加由近似线性变化转为非线性剧变,混凝土出现压溃时接头转角变为非线性变化,轴力的增加会延迟裂缝贯通现象的出现;螺栓应力随接头弯矩呈线性增长阶段、非线性增长阶段和屈服阶段;螺栓应力增长速率受弯矩和轴力的影响,接头抗弯刚度初始无明显变化,随后呈非线性下降,轴力越大接头抗弯刚度越大。