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混凝土管片及其接头受力特性数值模拟分析
| 论文题名： | 混凝土管片及其接头受力特性数值模拟分析 |
| 关键词： | 混凝土管片接头;抗弯刚度;数值模拟;计算模型;极限状态;受力特性;盾构隧道 |
| 摘要： | 混凝土管片作为盾构隧道主要的衬砌形式，其力学性能对整体隧道结构有很大的影响。为了分析混凝土管片及其接头的力学特性，本文通过有限元法和计算方法，以北京地铁四号线某施工段为例，对混凝土管片及其接头的承载力特性，抗弯刚度变化进行了研究，具体研究内容如下： 1）为了分析混凝土管片及其接头的力学特性，采用有限元方法数值模拟了完整混凝土管片及其接头的承载力特性。通过建立分离式三维混凝土管片及其接头模型，研究了不同轴力与弯矩组合作用下混凝土管片及其接头极限承载力的变化规律，分析了分别在正弯矩与负弯矩作用下混凝土管片接头的承载力特性。研究表明，混凝土管片及其接头的极限弯矩随轴力的增大而增加，接头的存在降低了混凝土管片的承载能力，管片接头的极限弯矩大小主要受到接头螺栓强度和位置的影响。 2）为了解决混凝土管片极限承载能力分析问题，基于钢筋的弹塑性本构模型和梁截面应变相似准则，提出了四种弯矩和轴力共同作用下混凝土管片计算模型。推导了对称布筋混凝土管片极限承载能力的解析表达式。并与有限元方法模拟的混凝土管片的承载力特性进行对比。研究表明，解析模型计算结果与有限元数值模拟结果基本一致，验证了提出的解析计算模型的准确性。 3）为了研究混凝土管片中轴力对接头抗弯刚度的影响，推导的一种基于应变能原理的混凝土简化线性模型，提出了不同受力状态下的管片接头刚度计算模型。并通过工程算例分析和有限元模拟结果，研究了管片接头抗弯刚度和极限承载力的变化规律。计算结果表明，混凝土管片接头在螺栓屈服时的临界抗弯刚度随着轴力的增加而减小。混凝土管片接头的临界抗弯刚度与轴力近似为线性关系。计算模型能准确描述管片接头处混凝土与螺栓的受力情况，可为管片接头设计提供相关建议。 |
| 作者： | 李雨陶 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 李守巨 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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