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：shieldtunnel shearingcapacityofsegment unevenringface numericalsimulation prototypetest
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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