隧道管片纵向接头受力性能探究

《隧道管片纵向接头受力性能探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、隧道管片纵向接头受力性能探究随着城市化进程，地面高程建筑越来越多，交通也越来越拥挤，城市轨道交通工程逐渐走进了我们的生活，也越来越受到公众的青睐。地铁工程属于隧道工程的一种，而隧道施工的方法可分为矿山法和盾构法。根据地质环境的不同采用不同的施工工法，无论采用哪种施工工法都需要进行管片的拼装压紧。特别是在富含水地段，管片的压紧质量显得尤为重要。管片接头的受力状况直接影响了其压紧质量，本文以管片的纵向接头受力来展开研究，得出不同境况下接头的受力状况及应力应变规律，以期达到对压紧质量控制的目的。1工况简介武汉地铁3号线区间土建施工工程第七

2、标段盾构区间隧道北起宗关站，南至汉阳江滩分界里程后，进入空推段继续推进，最终掘进至中间风井，盾构调出。采用的衬砌管片为C50S12通用型管片，外径6.2m,内径5.5m,环宽1.5m,厚度350mm,楔形量为40mm。采用单层装配式衬砌，错缝拼装。管片强度等级C50、螺栓强度等级5.8级。管片纵向和环向均采用单排弯螺栓连接。环与环之间的错缝拼装以及块与块之间的拼装如图1所示。管片衬砌接头面采用平面式，在环缝和纵缝靠近外弧设止水条槽，在内弧侧设嵌缝槽。每一环管片由一个嵌入块（K块），两个邻接块（B1、B2）,三个标准块（A1、A2、A

3、3）组成。2接头形式本文针对平接头的情况，对隧道管片在不同的受力状况下进行了力学特性的分析，分析其在受弯压、剪压荷载时的力学性状。从而得到接头弯剪轴的分布规律，以及接头可能的破坏形式。为了研究不同工况下接头的力学性能，在数值模拟中模型参数的取值相同，也就是管片的厚度、螺栓大小规格及其预紧力相同。图2为管片环之间的荷载示意图：平接头的接头形式较为简单明确，被广泛地应用于工程项目中，很多大直径过江隧道都运用了这种接头形式。由平接头的结构形式可知，接头抗剪力由摩擦力来提供。接头的张开角越大，面与面之间的接触面积越小，摩擦力无法抵抗接头剪力

4、，管片环将会发生错动，接头螺栓可能会发生破坏。虽然螺栓有一定的抗剪强度，但就一般接头形式而言，螺栓截面积相较于接头总面积很小，所能发生的抗剪强度可以忽略不计。3数值计算考虑到此接头形式的管片的均质性，接头的应变问题可简化成二维平面应变问题。用contactl72、target169单元来模拟凹凸接触面及管片接触面之间的相互作用，考虑到1ink11单元具有预应变能力，用其来模拟施加了预应力的接头螺栓；用planeS2单元来模拟混凝土管片。由于膨胀止水带的弹性模量相较于混凝土管片而言很小，对管片的纵向压紧的轴力影响很小，在数值模拟中不予

5、以考虑。用ANSYS软件建立两环管片局部的二维平面模型，对模型进行网格划分。考虑到计算精度问题，网格划分较密，以0.005m为最小单位，共生成17945个节点，5825个单元，用contact172、target169单元建立接触面的接触对。图3为网格划分示意图及接触面示意图：对管片左侧边线施加Ux、Uy的约束，施加重力荷载，同时在右侧施加1000KN的轴向力。对模型进行求解参数设置，步长1,步数20,然后进行求解。进入后处理阶段，绘制Mises应力云图及接触面压力和摩擦力应力分布图。保持其它条件不变，改变荷载条件，对管片模型进行加

6、载求解。其余两个荷载条件是：①实际工况中接头处有剪力的存在，考虑到摩擦力所能承受住的最大剪切力为：这一最不利情况，在模型中接头施加300KN的剪力；②实际工程施工过程中，由于施工人员的技术水平和实际工况环境的影响导致管片的受力不均匀，出现应力分布不集中的现象。考虑到这种情况，对模型的轴向施加偏心压力1000KNo基于这两种情况的再次建模求解后，得出后处理云图。以下是第二种荷载模式得出的图4应力云图及接触面压力和摩擦力应力分布图：通过比较三种荷载情况的应力云图及接触面的应力分布图可知：①管片受轴心对称均布压力时应力的分布较均匀，在膨胀

7、止水带处和管片预留缝处刚度薄弱的地方出现了应力集中的现象。按照建模的顺序，得到应力最大值依次为：1.42MPa.2.91MPa.6.06MPa,均集中在管片预留缝处；②接触面压应力分布也在轴心对称均布压力下分布较均匀，在结构棱角处力的突变明显。在偏心荷载的工况下，管片上部已经出现张角，无接触压力。接触压力最大值位于模型下部管片预留缝处，最大值依次为：1.06MPa、1.62MPa.4.04MPa；③接触面的最大摩擦力均位于平接头凹凸处，数值最大依次为：21.09KN、231.59KN、549.66KNO可见，剪力的施加对接触面之间摩

8、擦力的影响之大，过大易造成管片之间的错动。在偏心轴压的情况下，平接头凹凸处上部摩擦力最大，当它达到一定的数值后就会脱离接触，出现张角。基于最不利情况考虑，加大轴向力和剪切力，定会影响管片环与环之间的缝隙和变形。针对不同情况进行模拟，得