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沉管隧道节段接头剪力键结构形式与力学特性研究
| 论文题名： | 沉管隧道节段接头剪力键结构形式与力学特性研究 |
| 关键词： | 海底沉管隧道;节段接头剪力键;结构形式;力学特性;数值模拟 |
| 摘要： | 目前,国内外对沉管中间及最终接头的研究较多,而对沉管节段接头的受力特征与构造形式方面的研究较少。鉴于沉管节段接头剪力键对于沉管本身的抗震性及安全性至关重要,本文以港珠澳大桥海底沉管隧道为工程依托,对不利工程组合作用下的沉管节段接头剪力键的受力特性和构造性式进行了研究。 首先,通过对沉管隧道荷载作用的分析,选取对沉管节段接头受力影响最大的荷载因素。以纵向地基刚度不均匀和不均匀回淤引起的“弯曲工况”和横向地基刚度不均匀和不均匀回淤引起的“扭转工况”为主要研究工况。 第二,以ANSYS有限元软件,对沉管节段接头进行考虑接头接触作用与橡胶支座非线性特性的三维节段数值模拟;通过改造试验平台、制作试验模型,开展1:4.69的大比例尺节段接头剪力键物理模型试验。将数值模拟与室内试验结果进行对比分析,分析节段接头剪力键的受力特征; 第三,以三维节段数值模拟和室内试验为基础,提出降低节段接头剪力键局部应力的构造措施,开展三维局部剪力键数值模拟对比试验,比选出最优方案。相关研究对相关沉管隧道工程设计与研究具有一定的借鉴意义。主要结论是: (1)在弯曲工况中,竖向剪力键局部压应力水平较高,对竖向抗剪起主要作用;扭转工况中,地层较软一侧局部应力较高,该侧侧墙竖向剪力键对沉管竖向抗剪起主要作用。 (2)在弯曲与扭转工况中,剪力键的拉应力集中部位均产生于剪力键与衬砌衔接处,在衔接部位增设抗拉钢筋可以提高剪力键局部抗拉能力;在剪力键端角处局部压应力较高,采用一定的构造措施能够降低应力集中。 (3)提高剪力键的水平倾角,在一定程度上能够降低剪力键局部的应力集中,且剪切面上的剪力提高微小;在剪力键的端角处设计倒角,不但不能降低沉管节段接头剪力键的局部应力,反而剪切面上的剪力较沉管原型高;在剪力键的端角处采用一定圆角设计,对于局部应力和内部剪力都有所降低,对于剪力键的受力有利。 |
| 作者： | 胡指南 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 谢永利 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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