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原文传递沉管隧道结构及接头力学性能分析——以深中通道工程为例

论文题名：	沉管隧道结构及接头力学性能分析——以深中通道工程为例
关键词：	沉管隧道;结构受力;接头部位;变形规律;温度作用;抗弯性能
摘要：	随着经济社会的快速发展，我国大力推动交通事业，国内相继建成了许多著名的水下隧道工程。沉管隧道作为水下隧道最具代表性的一种，近年来其工程应用得到了快速的发展。相比于传统隧道工程而言，沉管隧道从结构受力原理到工程施工都具有显著的区别，沉管隧道的结构受力，特别是沉管接头部位的受力变得尤为复杂。如正在兴建的深中通道沉管隧道工程，采用两孔一廊的矩形框架结构，标准管节横断面宽46m，最大横断面宽55.47m，最大管底埋深38m。考虑到以上特点，对沉管隧道管段结构及接头结构的受力与变形研究就显得尤为重要。　　本文依托深中通道沉管隧道工程，从沉管隧道结构设计及参数取值、管段结构内力分析、沉管接头受力与变形分析以及管节接头力学性能的三维数值模拟等方面入手，研究了沉管隧道结构受力及接头变形规律，主要得出以下结论: 　　(1)采用考虑施工阶段的二维有限元模型计算时，基槽开挖后槽底回弹量较小，沉管隧道横断面地基刚度呈马鞍状分布。经过沉管隧道地基处理后，全回淤工况下的沉管纵向地基沉降值基本维持在30mm左右，局部最大沉降小于65mm，最大差异沉降小于1/1000。　　(2)沉管隧道结构受力最不利的部位位于结构中墙和顶板交接部位以及边墙和底板交接部位，以上两个部位将会产生较大的拉力;在沉管隧道管段结构受力分析中，水压力对结构受力起控制作用，对结构受力影响较大的荷载依次为静止水压力、竖向土压力（包括回填层、防锚层以及回淤荷载）、自重及纵向不均匀沉降荷载;横向地基不均匀刚度对结构受力影响较小，地基脱空对结构受力影响较大，偶然荷载对结构受力不起控制作用。　　(3)温度作用对管节接头变形的影响较大，在ULS基本组合工况下接头的最大张开量维持在30mm以内、最大压缩量维持在15mm以内;对比港珠澳沉管隧道接头受力情况，发现节段式沉管隧道的接头最大剪力发生在节段接头处，管节接头的剪力值较小;剪力键弹簧垫层对降低接头剪力键剪力具有一定的作用，一般可以减少10％～20％的剪力。　　(4)在纵向压弯工况下，管节接头的抗弯性能主要由GINA止水带提供，管节接头的抗弯刚度随着GINA止水带初始压缩量的增大而增大，该工况应以GINA止水带的变形作为控制接头安全的主要因素;在竖向压剪工况下，单组剪力键中仅有两个剪力键同时起作用，弹簧垫层的设置具有减小钢剪力键剪力的作用，该工况应以竖向钢剪力键的变形作为控制接头安全的主要因素;在横向扭转工况下，主要由边墙钢剪力键抵抗横向扭矩，中墙剪力键受力较小，边墙与中墙剪力键的剪力分担比约为10∶1，该工况应以边墙竖向钢剪力键的变形作为控制接头安全的主要因素。
作者：	李瀚源
专业：	建筑与土木工程
导师：	李兴高
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文