盾构隧道预应力管片接头力学性能试验研究

摘要

盾构隧道由于其独有的优点，应用越来越广泛。目前在盾构隧道领域出现了许多新的管片结构形式，预应力盾构隧道管片结构就是其中一种。一方面预应力技术的应用能够克服混凝土自身的缺陷（如自重大、容易开裂破损等）所导致的问题；另一方面，又可以作为一种装配方式，达到提高管片结构整环刚度、加快管片拼装效率、提高经济效益的目的，因此预应力盾构隧道技术在盾构隧道工程领域有着广阔的应用前景。
　　本文针对预应力盾构隧道管片技术进行了大比例尺的接头试验，文中主要通过试验研究了预应力盾构管片接头在不同工况下的力学性能（具体包括接头抗弯刚度、接缝附近管片应力分布和接头变形），为预应力技术在盾构隧道中的应用和推广打下理论基础。
　　试验原型为直径6m左右的地铁隧道。首先，在对大量关于普通盾构隧道管片接头和预应力盾构隧道管片接头文献的研究和分析的基础之上，设计出了详细的试验方案。其次，根据不同的接头形式（是否带榫槽）、正负弯矩、预应力筋布筋形式等因素对管片接头性能的影响，进行接头试验。另外，进行了多次重复加载试验研究。
　　基于实验结果，把各种工况进行对照，分析各种因素对接头力学性能的影响。重点分析了接头的抗弯刚度、接缝附近和管片表面的应力分布，接头变形等；并在此基础之上，把试验结果与相关的理论研究进行了对比分析。
　　在试验研究的基础之上，建立三维模型，进行数值模拟计算，把分析结果与试验结果进行对比，并分析了不同预应力吨位对盾构隧道管片接头力学性能的影响。
　　研究表明：带榫槽接头的抗剪能力较高，但其接头抗弯刚度相对较低；采用曲线形筋时接头抗弯刚度明显要高于直线形筋；接头承受负弯矩时，更容易导致结构承下降，或因应力集中而导致管片结构破坏；与普通盾构隧道管片接头相比较，预应力盾构隧道管片接头具有自动闭合和自动调节的功能，这对结构承受动荷载时其耐久性的提高非常有利；通过引入预应力筋，改变了管片结构的应力分布，能很好地延缓管片裂缝的发生和开展，这对提高衬砌结构的承载能力、耐久性和防水效果都是非常有利的。

目录

第1章 绪 论

1.1研究背景

1.2预应力盾构隧道管片接头试验研究概述

1.3研究内容

第2章 预应力盾构隧道管片接头试验方案设计

2.1试验工况及试验结构设计

2.2试验设备与测试方法

2.3相关试验参数的确定

2.4试验步骤的确定

2.5本章小结

第3章 试验数据分析

3.1接头变形过程和破坏特征分析

3.2接头抗弯刚度分析

3.3接缝应力分布分析

3.4管片接头挠度分析

3.5本章小结

第4章 数值模拟分析

4.1 ANSYS软件简介

4.2数值分析方法

4.3数值分析模型

4.4结果及分析

4.5本章小结

第5章 结论及展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果