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原文传递盾构隧道内新型局部直连外置槽道力学性能研究

论文题名：	盾构隧道内新型局部直连外置槽道力学性能研究
关键词：	地铁隧道;外置槽道;力学性能;有限元模拟
摘要：	隧道内地铁的正常运行离不开接触网，一旦接触网固定装置发生松动或变形，可能影响地铁的正常运行并且危害人民的生命安全。当前我国主要使用后置锚栓、预埋槽道、槽道挂耳及预埋套筒四种方法固定接触网，但后两种方法国内应用较少且缺少相关行业标准和文献。鉴于此，提出一种新型局部直连外置槽道结构，该结构的创新点在于可以实现与接触网的高效连接，利于缩短施工工期和成本的控制。本文采用理论计算、有限元模拟与试验测试相结合的手段，研究新型局部直连外置槽道的力学性能。本文的主要研究内容包括：　　（1）新型局部直连外置槽道结构设计。设计了新型局部直连外置槽道的结构形式并介绍其工作原理。设置定位螺栓、胶木定位杆可提高预埋件的定位精度以及脱模效率；设置备用锚件可实现同一锚点二次使用，避免钻孔。　　（2）新型局部直连外置槽道理论方程。分析了在不同荷载下新型局部直连外置槽道可能发生的破坏模式，并提出对应破坏模式下的理论方程，最后对安装阶段的定位装置进行挠度验算。结果表明：1）轴拉荷载下，无槽型混凝土试件发生椎体破坏，极限承载力73.1kN，有槽型混凝土试件发生槽道弯曲破坏，极限承载力69.2kN；2）剪切荷载下，无槽型混凝土试件发生高强螺杆剪切破坏，极限承载力66.1kN，有槽型混凝土试件发生槽道剪切破坏，极限承载力54.3kN；3）安装阶段定位装置的最大挠度为0.73mm，满足施工要求。　　（3）新型局部直连外置槽道有限元分析。对新型局部直连外置槽道混凝土试件进行有限元模拟，分析了在不同荷载下无槽型与有槽型混凝土试件的破坏模式与极限承载力。结果表明：1）无槽型混凝土试件在轴拉荷载下发生锥体破坏，抗拉承载力为80.1kN；剪切荷载下发生高强螺杆剪切破坏，抗剪承载力为74.1kN；2）有槽型混凝土试件在轴拉荷载下槽道发生弯曲破坏，抗拉承载力为73.3kN；剪切荷载下槽道受剪侧发生剪切破坏，抗剪承载力为50.9kN；3）除剪切荷载下有槽型混凝土试件承载力低于行业规范规定的66kN外，其余工况均满足要求。　　（4）新型局部直连外置槽道力学性能测试。对新型局部直连外置槽道进行力学性能测试，测试其破坏模式和极限承载力。结果表明：1）1-T试件均发生混凝土椎体破坏，平均极限承载力为79.2kN，1-S试件均发生高强螺杆剪切破坏，平均极限承载力为76kN；2）2-T试件均发生槽道弯曲破坏，平均极限承载力为71.2kN，2-S试件均发生槽道受剪侧剪切破坏，平均极限承载力为52.3kN；3）新型局部直连外置槽道试验结果与有限元结果、理论结果误差均在10%以内，说明本文的研究方法具有一定的可靠性。　　（5）苏州地铁三号线某区间盾构管片仿真。对盾构管片中的新型局部直连外置槽道进行模拟，在实际工程条件下研究其是否满足行业规范要求。结果表明：1）无槽型盾构管片的预埋锚件、封顶块混凝土、钢筋笼应力分别为337.9MPa、30.27MPa、29.96MPa，均未达到其屈服强度；2）有槽型盾构管片的预埋锚件、封顶块混凝土、钢筋笼、T型螺栓应力分别为338.0MPa、31.92MPa、31.1MPa、500.7MPa，仅槽道局部屈服，其余部件有较多的安全储备。
作者：	刘波
专业：	建筑与土木工程
导师：	于国军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022