• ISSN 0258-2724
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类矩形盾构隧道衬砌结构设计模型研究

叶宇航 柳献 刘震 张维熙 杨志豪 朱瑶宏

叶宇航, 柳献, 刘震, 张维熙, 杨志豪, 朱瑶宏. 类矩形盾构隧道衬砌结构设计模型研究[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1187-1195. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170553
引用本文: 叶宇航, 柳献, 刘震, 张维熙, 杨志豪, 朱瑶宏. 类矩形盾构隧道衬砌结构设计模型研究[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1187-1195. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170553
YE Yuhang, LIU Xian, LIU Zhen, ZHANG Weixi, YANG Zhihao, ZHU Yaohong. Study on Design Model of Quasi-Rectangular Shield Tunnel Linings[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1187-1195. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170553
Citation: YE Yuhang, LIU Xian, LIU Zhen, ZHANG Weixi, YANG Zhihao, ZHU Yaohong. Study on Design Model of Quasi-Rectangular Shield Tunnel Linings[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1187-1195. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170553

类矩形盾构隧道衬砌结构设计模型研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170553
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51578409)
详细信息
    作者简介:

    叶宇航(1995—),男,工程师,研究方向为隧道与地下工程设计,E-mail:2584300145@qq.com

    通讯作者:

    柳献(1977—),男,教授,研究方向为隧道与地下建筑工程结构全寿命设计理论与维护技术,盾构隧道衬砌结构的性能诊断、安全评价与加固设计,E-mail:xian.liu@tongji.edu.cn

  • 中图分类号: TU93

Study on Design Model of Quasi-Rectangular Shield Tunnel Linings

  • 摘要: 为了得到适用于类矩形盾构隧道结构设计模型,通过整环足尺试验模拟类矩形盾构隧道在正常运营工况下的实际受力,得到试验结构的变形和内力,采用等效刚度模型和梁-弹簧模型对试验结果进行分析,得到有效的类矩形盾构隧道结构设计参数. 结果表明:采用等效刚度模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型,难以得到同时符合结构长短轴变形的管片刚度折减系数;采用梁-弹簧模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型,结构变形和结构内力计算结果和足尺试验结果较为匹配,能真实反应类矩形盾构隧道结构受力,选用梁-弹簧模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型更为合理,所研究类矩形结构管片接缝的抗剪刚度建议为341 × 106~368 × 106 N/m;负弯矩接缝抗弯刚度建议为114 × 106~491 × 106 N•m/rad,正弯矩接缝抗弯刚度范围为85 × 106~177 × 106 N•m/rad.

     

  • 图 1  试验试件

    Figure 1.  Schematic diagram of test specimen

    图 2  加载装置及荷载分组

    Figure 2.  Schematic diagram of loading device and test load grouping

    图 3  结构变形测点布置

    Figure 3.  Layout of structure deformation measuring points

    图 4  主筋及混凝土应变测点布置

    Figure 4.  Layout of main steel bars strain and concrete strain measuring point

    图 5  试验荷载作用下衬砌结构整体变形

    Figure 5.  Overall deformation of ling under test load

    图 6  截面应变分布

    Figure 6.  Strain distribution of segmental cross section

    图 7  试验荷载作用下弯矩

    Figure 7.  Bending moment diagram under test load

    图 8  试验荷载作用下轴力

    Figure 8.  Axial force diagram under test load

    表  1  试验荷载作用下衬砌结构长短轴变形

    Table  1.   Long and short axis deformation of ling

    项目 长轴变形 中柱右侧
    短轴变形
    中柱左侧
    短轴变形
    变形值/mm 4.68 4.74 6.92
    千分比/‰ 0.42 0.68 1.00
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    表  2  试验荷载作用下衬砌结构内力

    Table  2.   Internal force of ling under test load

    截面编号 弯矩/(kN•m) 轴力/kN
    –289 –631
    237 –628
    –121 –719
    247 –592
    –283 –648
    –287 –635
    260 –599
    –135 –741
    210 –598
    –298 –636
    中柱 9 –1 191
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    表  3  试验荷载作用下结构变形数值计算结果与试验结果对比

    Table  3.   Comparison of numerical results of structural deformation with experimental results mm

    结构变形位置 不同管片刚度折减系数 试验结果
    0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50
    长轴 3.24 3.41 3.61 3.84 4.10 4.40 4.77 5.20 4.68
    中柱右侧短轴 4.32 4.55 4.81 5.12 5.47 5.88 6.36 6.94 4.74
    中柱左侧短轴 4.32 4.55 4.81 5.12 5.47 5.88 6.36 6.94 6.92
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    表  4  内力数值计算结果与试验结果对比分析

    Table  4.   Comparison of numerical results of internal force with experimental results

    截面编号 试验结果 数值计算结果 试验/数值
    弯矩/(kN•m) 轴力/kN 弯矩/(kN•m) 轴力/kN 弯矩 轴力
    –289 –631 –277 –639 1.04 0.99
    237 –628 228 –607 1.04 1.03
    –121 –719 –153 –730 0.79 0.98
    247 –592 251 –605 0.98 0.98
    –283 –648 –277 –641 1.02 1.01
    –287 –635 –277 –639 1.04 0.99
    260 –599 251 –605 1.04 0.99
    –135 –741 –153 –730 0.88 1.02
    210 –598 249 –605 0.88 0.99
    –298 –636 –277 –641 0.84 0.99
    中柱 –9 –1 191 0 –1 191 1.00
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    表  5  试验荷载作用下结构变形数值计算与试验结果对比

    Table  5.   Comparison of numerical results of structural deformation with experimental results

    结构变形位置 试验/mm 计算数值/mm 试验/数值
    长轴 4.68 4.98 0.94
    中柱右侧短轴 4.74 4.68 1.01
    中柱左侧短轴 6.92 7.29 0.95
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    表  6  内力数值计算结果与试验结果对比分析

    Table  6.   Comparison of numerical results of internal force with experimental results

    截面编号 试验结果 数值计算结果 试验/数值
    弯矩/(kN•m) 轴力/kN 弯矩/(kN•m) 轴力/kN 弯矩 轴力
    –289 –631 –278 –634 1.04 1.00
    237 –628 215 –603 1.10 1.04
    –121 –719 –117 –710 1.03 1.01
    247 –592 227 –602 1.09 0.98
    –283 –648 –276 –636 1.03 1.02
    –287 –635 –289 –633 0.99 1.00
    260 –599 211 –601 1.23 1.00
    –135 –741 –139 –711 0.97 1.04
    210 –598 208 –603 1.01 0.99
    –298 –636 –295 –637 1.01 1.00
    中柱 –9 –119 1 –14 –123 0 0.97
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-07-13
  • 修回日期:  2018-06-12
  • 网络出版日期:  2019-05-09
  • 刊出日期:  2019-12-01

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