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矩形顶管隧道壳-接头理论模型及纵向变形研究
| 论文题名： | 矩形顶管隧道壳-接头理论模型及纵向变形研究 |
| 关键词： | 矩形顶管隧道;壳-接头理论模型;地基刚度;转动刚度;纵向变形 |
| 摘要： | 近年来，我国进入了以城市轨道交通、地下综合管廊为引领的城市地下空间高速发展时期。矩形顶管隧道施工技术具有较高的断面利用率和较低的地下空间占用率等优点，广泛应用于地铁车站、综合管廊、多车道隧道工程中。然而矩形顶管隧道在地基不均匀沉降作用下，极易产生纵向变形，导致接头失效甚至破坏，引发工程灾害。针对上述现状，本文采用管节接头试验、三维数值模拟及理论分析等方法探明矩形顶隧道接头的内力-变形关系，构建壳-接头理论模型，探索隧道纵向变形模式。 本文采用三维数值模拟与理论分析等方法探明矩形顶隧道接头的内力-变形关系，提出接头转动刚度模型；揭示接头的变形机理，分析了不同接头参数及地基刚度对接头转动刚度的影响；本论文主要内容和结论如下： （1）以包头市某矩形顶管隧道为设计参照，建立三维精细化模型。运用ABAQUS有限元软件分析接头在弯曲作用下的内力-变形关系，结果表明：管节接头变形过大造成管底结构脱开，钢套环发生变形；弯曲作用下，接头的内力变形关系均可分为两个阶段：初始接触阶段和协调变形阶段。随着接头相对转角的增大，接头弯矩也随之增加；接头转动刚度受地层影响最大，受管节截面尺寸及钢套环的长度和厚度较小。 （2）基于三维精细化模拟结果，提出了壳-接头理论模型。利用壳单元模拟管节，管节间定义接头单元，模拟实际工程中矩形顶管隧道接头的力学行为；并给出两类接头单元相应的数值计算刚度矩阵，可模拟管节接头的转动、拉压和剪切力学特性；采用参数化建模计算过程，通过对管节施加不同的荷载，对处于不同地层的管节自动建立不同刚度的地基弹簧；利用壳–接头模型对管节接头试验进行验证，通过两者的结果对比发现，利用壳–接头模型能较为准确地模拟管节接头实际力学行为。 （3）构建基于壳-接头理论模型的隧道纵向计算模型，建立20节矩形顶管隧道，探究隧道在竖向荷载作用下的纵向变形，分析结果显示：隧道纵向变形受地基刚度和管节接头影响显著，以剪切变形为主；采用纵向变形等效原则，在志波模型和壳–接头模型的基础上，推导矩形顶管隧道纵向等效抗弯刚度表达式，并提出等效抗弯刚度有效率η。 |
| 作者： | 黄正东 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 许有俊;张朝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 内蒙古科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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