非結(jié)連接觸計(jì)算模型在盾構(gòu)襯砌力學(xué)特性方面的應(yīng)用研究.pdf

1、由于我國(guó)城市用地緊張以及城市立體化交通的要求，地下空間的開(kāi)發(fā)與利用成為現(xiàn)代化城市的首要任務(wù)。同時(shí)，高度效率化和功能密集化的現(xiàn)代化城市對(duì)于工程施工精度的要求也越來(lái)越高。盾構(gòu)法由于其對(duì)周?chē)h(huán)境影響小、施工自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，成為城市地下工程建設(shè)的主要施工方法。因此，開(kāi)展盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)方面的研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和使用價(jià)值，可以為安全、合理、經(jīng)濟(jì)的管片設(shè)計(jì)工作提供指導(dǎo)。
　　作為盾構(gòu)隧道的永久支護(hù)結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)襯砌為整個(gè)盾構(gòu)隧道的關(guān)鍵部位與設(shè)

2、計(jì)重點(diǎn)。目前，常用的盾構(gòu)襯砌設(shè)計(jì)方法最大的區(qū)別在于管片接頭的假設(shè)不同。由于接頭形式不同，接頭參數(shù)的選取對(duì)模型計(jì)算結(jié)果的影響很大。在盾構(gòu)襯砌的常用設(shè)計(jì)方法中，均將鋼筋混凝土管片假設(shè)為彈性體。然而混凝土材料在拉應(yīng)力和壓應(yīng)力作用下會(huì)表現(xiàn)出迥異的強(qiáng)度與剛度特性，尤其是當(dāng)混凝土材料所受拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值時(shí)，混凝土在受拉應(yīng)力區(qū)會(huì)出現(xiàn)微裂縫。因此盾構(gòu)襯砌的設(shè)計(jì)模型中應(yīng)考慮混凝土的材料特性。盾構(gòu)隧道施工階段中，受拼裝過(guò)程、注漿壓力、千斤頂推力以

3、及隧道縱向差異沉降等眾多施工因素的綜合影響，管片結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出異常復(fù)雜的力學(xué)性能。如何合理有效地評(píng)價(jià)盾構(gòu)隧道施工階段對(duì)襯砌管片力學(xué)性能的影響仍然是襯砌設(shè)計(jì)和施工中所需要面臨的難題之一。本文的主要研究如下：
　　1、在分析盾構(gòu)隧道襯砌常用設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，采用有限元軟件建立了一種可以精確模擬螺栓與管片間相互作用關(guān)系的盾構(gòu)隧道襯砌非連續(xù)接觸計(jì)算模型，并詳細(xì)介紹了非線(xiàn)性接觸問(wèn)題的計(jì)算原理。
　　2、為了驗(yàn)證本文所建立的非連續(xù)接觸模型的

4、合理性，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算相結(jié)合的手段對(duì)盾構(gòu)襯砌的受力與變形情況進(jìn)行研究。詳細(xì)介紹了原位實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容與測(cè)試結(jié)果，并依據(jù)內(nèi)、外側(cè)鋼筋及受壓區(qū)混凝土的應(yīng)變協(xié)調(diào)關(guān)系，截面上力與力矩平衡關(guān)系，推導(dǎo)得出管片截面的內(nèi)力計(jì)算公式。
　　3、采用荷載-結(jié)構(gòu)模型計(jì)算方法，研究了盾構(gòu)管片在非連續(xù)接觸模型方法、彈塑性損傷模型方法和慣用法模型方法中的受力與變形特性，得出了管片混凝土材料在拉應(yīng)力和壓應(yīng)力作用下的強(qiáng)度與剛度特性，由于結(jié)構(gòu)損傷產(chǎn)生的微