盾构管片结构的力学行为分析

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1、第４１卷第６期吉林大学学报（工学版）Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．６２０１１年１１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｄｉｔｉｏｎ）Ｎｏｖ．２０１１盾构管片结构的力学行为分析李春良１，２，王国强１，刘福寿３，赵凯军４（１．吉林大学机械科学与工程学院，长春１３００２２；２．吉林建筑工程学院交通科学与工程学院，长春１３０１１７；３．江苏省交通规划设计院有限公司，南京２１０００５；４．北方重工集团，沈阳１１００２５）摘要：基于弹性理论建立了管片结构环向刚度模型以及管片环向内力模型，并对管片接头部位的各相关

2、参数进行了分析。研究结果表明，管片结构内力模型的理论计算结果与有限元计算结果相吻合，具有较高的精度。刚度计算模型能准确地揭示出管片结构环向变刚度的分布规律。环向最大正弯矩会随着管片接头处刚度的降低而增加。环向弯矩的分布状态也会随着接头数量和锲块位置的改变而改变。关键词：工程力学；隧道工程；盾构；管片；管片接头；抗弯刚度；傅立叶级数中图分类号：ＴＢ１１２文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－５４９７（２０１１）０６－１６６９－０６Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｈｉｅｌｄｓｅｇｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ１，２，ＷＡＮＧＧｕｏ－ｑｉａ

3、ｎｇ１，ＬＩＵＦｕ－ｓｈｏｕ３，ＺＨＡＯＫａｉ－ｊｕｎ４ＬＩＣｈｕｎ－ｌｉａｎｇ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｌｉｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３０１１７，Ｃｈｉｎａ；３．ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＰｌａｎｎｉｎｇａｎｄＤｅ

4、ｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００５，Ｃｈｉｎａ；４．ＳｈｅｎｙａｎｇＨｅａｖｙＭａｃｈｉｎｅｒｙＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｒｉｇｉｄｉｔｙｍｏｄｅｌａｎｄａｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｉｎｎｅｒｆｏｒｃｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｈｉｅｌｄｓｅｇｍｅｎｔｗｅｒｅｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｉｔｙｔｈｅｏｒｙ，ａｎｄｓｏｍｅｒｅｌａｔｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｅｇｍｅｎｔｊｏｉｎｔｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．

5、Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｉｎｎｅｒｆｏｒｃｅｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｃｏｉｎｃｉｄｅｗｉｔｈｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｂｙｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｎｇａｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ．Ｔｈｅｒｉｇｉｄｉｔｙｍｏｄｅｌｃａｎｒｅｖｅａｌｅｘａｃｔｌｙｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｒｉｇｉｄｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｈｉｅｌｄｓｅｇｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｍａｘｉｍａｌｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｏｓｉｔｉｖｅｂｅｎｄｉｎｇｍｏ

6、ｍｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｓａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｇｍｅｎｔｊｏｉｎｔｒｉｇｉｄｉｔｙ．ＴｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｎｕｍｂｅｒａｎｄｔｈｅＫｂｌｏｃｋｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃｓ；ｔｕｎｎｅｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｓｈｉｅｌｄ；ｓｈｉｅｌｄｓｅｇｍｅｎｔ；ｓｅｇｍｅｎｔｊｏｉｎｔ；ｂｅｎｄｉｎｇｒｉｇｉｄｉｔｙ；Ｆｏｕｒｉｅｒｓｅｒｉｅｓ盾构

7、的主要承力构件衬砌是由若干预制钢筋于环向接头的存在，破坏了管片环向刚度的等值［１］混凝土管片或砌块通过螺栓连接拼装而成。由连续性，导致环向接头部位的抗弯能力要比无接收稿日期：２０１０－０８－３１．基金项目：国家科技支撑计划重点项目（２００７ＢＡＦ０９Ｂ０１）；住房和城乡建设部项目（２０１１Ｋ３２９）．作者简介：李春良（１９７８－），男，副教授，博士．研究方向：盾构工程．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｃｈｌｉ３３００＠１６３．ｃｏｍ通信作者：王国强（１９６１－），男，教授，博士生导师．研究方向：机械现代设计理论与方法．Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｇｑ６５０４＠ｙａｈｏｏ．

8、ｃｏｍ．ｃｎ·１６７０·吉林大学学报（工学版）第４１卷头的位置处削弱很多，因此管片的力学性能与