环端面不平整条件下衬砌管片抗剪承载特性研究
文档名：环端面不平整条件下衬砌管片抗剪承载特性研究
摘要：在衬砌管片拼装过程中难免出现环端面不平整(或环缝间垫片局部脱空)的情形,进而在顶推力作用下管片容易产生局部开裂破损,严重时甚至危及衬砌结构安全.鉴于此,以衬砌管片抗剪原型试验为基础,在ABAQUS数值分析平台上建立P2型标准块管片的精细化模型,管片上部设置千斤顶靴板,底部设置垫片并使右侧垫片脱空.在靴板上逐级施加均布荷载,以分析局部脱空情况下衬砌管片在逐级顶推力作用下的力学响应,探讨环端面不平整条件下衬砌管片的裂缝发展过程及抗剪承载特性.数值模拟结果表明:顶推力加载至850kN,管片脱空端竖向位移达到2mm,管片内弧面上部出现第1道裂缝,内置钢筋仍处于弹性阶段;加载至1120kN,脱空端竖向位移达到6mm,内弧面上出现2道新裂缝,同时第1道裂缝进一步扩展形成内外贯穿性裂缝,即管片裂缝发展过程大致为内弧面→上环端面→外弧面,且裂缝附近上层纵向钢筋达到屈服强度;考虑到内外贯穿裂缝给衬砌管片带来较大渗漏水隐患,认为P2型标准块管片的抗剪承载力(即屈服荷载)约为1120kN.将数值模拟结果与原型试验结果进行对比,二者所得管片裂缝分布与扩展规律大致一致,抗剪承载力基本相符,验证了数值模拟结果的可靠性.研究成果可为盾构隧道的衬砌设计与掘进施工提供参考依据.
Abstract：Theunevennessofringfaces(orthelocalgapsduetogaskets)isinevitableduringtheassemblingofliningsegments,whichcouldcausethecrackingordamageofsegmentsandmightendangerthesafetyofliningstructureinseverecases.Basedontheshearresistanceprototypetestofliningsegment,therefinednumericalsimulationfortheP2-typedstandardsegmentwasestablishedupontheABAQUSnumericalplatform.Thejackingplateswereplacedonthetopofsegment,thegasketsareplacedatthebottomofsegment,andtherightgasketwasleftemptytoformalocalgap.Theuniformloadwasgraduallyapplieduponthetopofsegmentthroughjackingplates.Themechanicalresponsesofthesegmentwithlocalvoidconditionwereanalyzedunderthegradualactionofjackingforce.Thecrackingprocessandtheshearingcapacityofsegmentwithunevenringfaceconditionwerewellfocusedon.Thesimulationresultsshowthatthe1stcrackappearsontheupperpartofsegmentinnersurfacewith2mmunderthejackingforceof850kN.Whenthejackingforceincreasesto1120kN,theverticaldisplacementofthesegmentbottomreaches6mm.Anothertwonewcracksappearonthesegmentinnersurface,andthe1stcrackfurtherexpandstotheoutersurfaceanddevelopsintothepenetratingcracks.Thecrackingprocessofthesegmentisdescribedsequentiallyasinnersurface→upperringsurface→outersurface.Consideringthepotentialriskofleakageofwatercausedbypenetratingcracks,theshearcapacity(yieldload)ofP2-typedstandardsegmentwasdeterminedtobeapproximately1120kN.Comparingthenumericalsimulationresultswiththeprototypetest,thecrackingexpansion,thedistributionpatternandtheshearingcapacityobtainedfrombothtwomeanswerealmostconsistent,whichimpliesthereliabilityofnumericalsimulation.Theseresultscanprovidereferenceforthedesignandconstructionofshieldtunnel.
作者：关振长 杨泽龙 宁茂权 刘浩 郑路 Author：GUANZhenchang YANGZelong NINGMaoquan LIUHao ZHENGLu
作者单位：福州大学土木工程学院,福建福州350116中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉430064
刊名：铁道科学与工程学报 ISTICPKU
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(4)
分类号：U455.5
关键词：盾构隧道管片抗剪承载特性环端面不平整数值模拟原型试验
Keywords：shieldtunnelshearingcapacityofsegmentunevenringfacenumericalsimulationprototypetest
机标分类号：U455.43TU411.91TU375.1
在线出版日期：2024年5月17日
基金项目：国家自然科学基金，国家自然科学基金环端面不平整条件下衬砌管片抗剪承载特性研究[
期刊论文]铁道科学与工程学报--2024, 21(4)关振长杨泽龙宁茂权刘浩郑路在衬砌管片拼装过程中难免出现环端面不平整(或环缝间垫片局部脱空)的情形,进而在顶推力作用下管片容易产生局部开裂破损,严重时甚至危及衬砌结构安全.鉴于此,以衬砌管片抗剪原型试验为基础,在ABAQUS数值分析平台上建立...参考文献和引证文献
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