基于环间弱连接效应的盾构隧道纵向力学响应计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于环间弱连接效应的盾构隧道纵向力学响应计算方法，包括盾构隧道，所述盾构隧道由多个管片和环间接头拼接装配组成，环间接缝以防水垫层和/或螺栓作为连接材料，纵向力学响应解析方法具体步骤如下：环间接缝将隧道从纵向分割成短梁，将两相邻环缝间的衬砌视为管状空心连续短梁；考虑截面的剪切变形，采用铁木辛柯梁理论模拟衬砌的力学行为，变形前后横截面符合平截面假定；环间接缝的力学行为采用抗剪和抗弯两向接头弹簧模拟；隧道与地层的相互作用采用Winkler土弹簧模拟。该方法不仅适用于当前应用广泛的等效均质连续化隧道模型，为隧道的纵向力学特性的分析提供一种方便快捷的分析方法。析提供一种方便快捷的分析方法。析提供一种方便快捷的分析方法。

【技术实现步骤摘要】
基于环间弱连接效应的盾构隧道纵向力学响应计算方法


[0001]本专利技术专利涉及盾构隧道领域，特别涉及一种基于环间弱连接效应的盾 构隧道纵向力学响应计算方法。

技术介绍

[0002]过去二十年，盾构隧道被广泛应用于中国的城市轨道交通建设当中，是当 前疏解城市交通拥堵问题的一种重要手段。管片预制和拼装技术给盾构隧道 施工提供了极大的便利，但同时不可避免地带来管片间和衬砌环间接缝变形 控制与防水问题。接缝的存在弱化了盾构隧道纵横两向刚度，被认为是隧道 结构的薄弱环节。隧道周围水土压力对隧道横向截面形成“压紧”作用，只 要管片不发生影响防水的接头裂缝，衬砌横向上的稳定和安全是有保证的。 而与横向变形的影响相比，盾构隧道结构对纵向变位更加敏感。由于地层不 均、地表超载、新建隧道影响、临近区域开挖等原因导致的隧道衬砌结构附 加纵向变位，是造成错台、环缝张开过大、渗漏或管片表面张拉裂缝等一系 列病害的主要原因之一，影响甚至危及隧道的安全和正常使用功能。
[0003]盾构隧道对周边环境变化的纵向力学响应研究吸引了许多学者的关注。在理 论分析方面，惯用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于环间弱连接效应的盾构隧道纵向力学响应计算方法，包括盾构隧道，所述盾构隧道由多个管片和环间接头拼接装配组成，环间接缝以防水垫层和/或螺栓作为连接材料，其特征是：纵向力学响应解析方法具体步骤如下，S1.环间接缝将隧道从纵向分割成短梁，将两相邻环缝间的衬砌视为管状空心连续短梁，建立盾构隧道纵向力学模型，所述力学模型的坐标轴沿隧道纵向，z方向竖直向上，x方向为水平方向，竖向位移记为w，取一个环间短梁作为分析对象；S2.考虑短梁横截面的剪切变形，采用铁木辛柯梁理论模拟衬砌的力学行为，变形前后横截面符合平截面假定；S3.环间接缝的力学行为采用抗剪和抗弯两向接头弹簧模拟；S4.隧道与地层的相互作用采用Winkler土弹簧模拟。2.根据权利要求1所述的基于环间弱连接效应的盾构隧道纵向力学响应计算方法，其特征是：上述步骤S2中，管片截面上的任意一点的轴向位移u
z
可以表示为：其中，ψ为截面转角，由两部分组成：和其中，κ为剪切形状系数，对于圆环截面，一般取0.5。Q为截面剪力，G为截面剪切模量，A为截面面积；则隧道截面上任意一点的应变为弯矩M表示为其中，E为截面弹性模量，I为截面惯性矩；由式(1)，写出弹性地基上受任意荷载作用的铁木辛柯梁的能量密度为根据最小势能原理，得到如下平衡方程M'＝Q,Q'+kw
‑
q
z
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)这里的k为土体反力弹簧刚度系数，q
z
为作用在隧道上的纵向荷载；将式(1)，(2)，(3)，(5)和(7)写成矩阵形式有
对上式中的物理量进行如下归一化可以获得弹性地基上的铁木辛柯梁的状态方程：其中，为状态向量，由截面的位移和内力组成；为系统矩阵，储存截面的物理和几何信息；为外荷载向量，由隧道受到的竖向外荷载组成；它们的具体形式如下式所示：式(10)的标准解答为式(12)为隧道上坐标为和两点状态向量和间的传递关系。其中，为系统的传递矩阵，为系统的荷载积分向量，它们的表达式如下，系数g
i
与系统矩阵的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟明，苏小妹，王国波，徐荣桥，王金昌，杨仲轩，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：