考虑接头尺寸效应的隧道管片设计优化研究

摘要

本文对现有隧道衬砌结构的接头设计理论进行了介绍，总结了近年来盾构法隧道管片接头的研究和使用情况。在此基础上，对接头几何形式进行分析概括，总结提炼出用于本课题的三种计算分析模型。即平接头、方形榫槽接头和弧形榫槽接头。对其在承受各种荷载组合作用下的力学特性做了系统的研究。通过采用有限元分析研究其中的规律，给出了接头张开值、接头错动位移随外力及接头几何尺寸变化的曲线。得到了不同几何尺寸下接头抗剪强度、抗弯刚度的主要影响因素。并通过数据拟合的方法给出数值计算公式。 在数值研究的基础之上，通过对接头受力分析的详细研究，建立起与接头几何尺寸有关的管片接头的抗弯刚度公式，公式中考虑了螺栓预应力的存在。并通过简单的计算程序，得出接头抗弯刚度、抗剪强度等与接头尺寸及外力大小的关系曲线。并与数值计算的结果进行了对比。 分析表明，方形榫槽和弧形榫槽的存在对接头的抗剪性能有较大程度的变化，使其在滑动抗剪阶段抵抗变形的能力得到较大程度提升，并且弧形榫槽还能降低应力集中的水平。榫槽的存在对接头在较高剪力时的抗弯性能也有较大的改变。 最后在同一荷载水平下通过理论与数值计算的途径对接头的几何参数进行了优化分析，得出几何参数改变对接头刚度影响的变化曲线，并给出一定的优化方案。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1概述

1.2接头研究的意义

1.3接头模型研究的国内外发展现状

1.4本文的主要研究内容

第2章管片接头力学性能的数值模拟分析

2.1盾构管片接头形式选择

2.1.1管片几何参数的确定

2.1.2接头选择的建议

2.2计算模型的建立

2.3平接头在各种受力状态下的研究

2.3.1剪压作用下的力学特性分析

2.3.2压弯作用下的力学特性分析

2.3.3剪力、弯矩、轴力作用下的力学特性分析

2.4方形榫槽接头在各种受力状态下的研究

2.4.1剪压作用下的力学特性分析

2.4.2压弯作用下的力学特性分析

2.4.3剪力、弯矩、压力作用下的力学特性分析

2.5弧形榫槽接头各种受力状态下的研究

2.5.1剪压作用下的力学特性分析

2.5.2压弯作用下的力学特性分析

2.5.3剪力、弯矩、压力作用下的力学特性分析

2.6本章小结

第3章考虑尺寸效应的管片接头刚度的理论解析

3.1接头刚度的定义

3.2接头抗弯刚度的理论分析

3.2.1平面型接头抗弯刚度

3.2.2方形榫槽接头抗弯刚度

3.2.3弧形榫槽接头抗弯刚度

3.3有限元模型与理论模型分析对比

3.4接头抗弯性能的主要影响因素分析

3.5本章小结

第4章隧道管片接头尺寸优化设计

4.1优化设计原理

4.2弧形榫槽接头优化

4.2.1以抗弯刚度为目标的优化分析

4.2.2以抗剪强度为目标的优化分析

4.3方形榫槽接头优化

4.3.1以抗弯刚度为目标的优化分析

4.3.2以抗剪强度为目标的优化分析

4.4本章小结

第5章结论与展望

5.1本文的主要研究成果和结论

5.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果