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盾构隧道管片纵缝新型榫卯接头服役性能分析与优选
| 论文题名： | 盾构隧道管片纵缝新型榫卯接头服役性能分析与优选 |
| 关键词： | 盾构隧道;衬砌管片;榫卯接头;服役性能 |
| 摘要： | 近年来，随着城市基础设施的建设发展，盾构法被广泛应用于城市地下空间建设中。盾构管片接头是连接盾构管片形成盾构隧道衬砌结构的关键部位，但同时也是盾构隧道衬砌结构中的非连续薄弱环节。我国主要使用的是弯螺栓接头管片，但是在施工阶段，安装螺栓工作量大，拼装效率相对不高；在运营阶段，长期抗变形能力不足，易出现管片破损、隧道渗漏水等结构病害从而降低盾构隧道的结构安全性。本文针对传统盾构弯螺栓接头服役承载性能的短板，提出三种纵缝新型榫卯拼装接头，并对榫卯接头连接件进行综合性能分析和优选研究。本文的主要研究内容有： （1）详细分析了三种新型榫卯接头的构造及形状特征，采用 ABAQUS 建立三种新型榫卯接头的精细化数值模型，从轴弯加载和轴剪加载两个角度对三种新型接头的结构性能进行了分析。模拟结果表明，增加接头连接件轴力可以增加其抗弯和抗剪性能，增加连接件受剪部位的截面面积可以增加接头连接件的抗剪性能。 （2）基于数值模拟分析结果，对三个接头连接件的结构性能进行了对比分析；根据相似成本法及不同的制造工艺，对三个接头的制造成本进行了初步核算与对比分析；根据拼装步骤，对榫卯接头和弯螺栓接头的拼装新能进行了对比分析。研究发现了三种接头连接件的结构性能对比关系，制造成本的对比关系，以及与弯螺栓接头的拼装性能对比关系。 （3）依托工程案例，采用层次分析法对三种新型榫卯接头进行优选，应用优选的新型榫卯接头，建立了管片环的精细化三维有限元模型，采用不同荷载进行加载，分析管片环的整体服役性能。分析结果表明，新型接头在服役过程中的应力分布存在一定差异性，使用新型标准块组合式榫卯接头的管片具有更好的结构安全性，管片环具有更好的抵抗变形能力。 本文基于数值模拟方法对纵缝新型榫卯接头的初步系统性研究，揭示了团队自主研发的三种新型接头连接件力学性能对比关系，以及基于相对最优接头类型的管片环整体服役性能，为新型接头管片的局部与足尺物理加载实验提供了量化参考指标，为该技术在我国的应用与推广进行了有益的探索。 |
| 作者： | 王红盏 |
| 专业： | 土木工程建造与管理 |
| 导师： | 陈健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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