盾构隧道管片接头三维精细化数值模拟研究
发布时间：2021-06-26 03:31
针对现有盾构隧道管片接头构造数值模拟难以准确反映接头实际受力和变形过程的问题,以苏通GIL工程管片接头为研究对象,建立三维精细化接头数值模型,模型采用实体单元模拟接头混凝土、螺栓、套筒、垫片等构造并在螺栓上施加预紧力,采用梁单元模拟钢筋。通过接头抗弯足尺试验验证数值模型计算结果的准确性,进而分析螺栓连接状态对于接头抗弯性能的影响。结果表明:1)所建立的接头三维精细化模型能较好地反映接头在压弯荷载作用下的变形规律,与接头抗弯足尺试验结果的对比表明其具有较好的计算准确度; 2)正负弯矩作用下,无螺栓时接头总体上更易发生张开和竖向变形,正弯矩下有无螺栓对于接头张开、竖向变形的影响较大且与轴力和弯矩有关,负弯矩下两者之间的差距较小且基本不变; 3)接头采用斜螺栓连接时,正弯矩下有无螺栓对于接头抗弯刚度的影响较负弯矩下更大。
【文章来源】：隧道建设(中英文). 2020,40(08)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
苏通GIL综合管廊隧道纵断面
管片混凝土强度等级为C60,弹性模量为36.5×104MPa,抗压强度标准值为38.5MPa。环向接头通过3根强度等级为10.9的M36螺栓进行连接,为增强螺栓对于接缝面的约束作用,沿幅宽方向处于中间位置的螺栓插入方向与其余螺栓不同。环向接头细部构造如图2所示,连接螺栓长度为665.8mm,其中锚固段长度为190mm。1.2 数值模型
采用大型有限元软件ABAQUS进行三维建模分析,其中接头混凝土试件、螺栓、垫片、套筒和连接支座均采用实体单元进行模拟,混凝土中预埋的钢筋采用空间梁单元进行模拟,钢筋与混凝土之间采用嵌入的方式进行连接。模型组成如图3所示。从图3中可以看出,盾构隧道管片接头三维精细化有限元模型由多个部分组成,不同的部分之间需要通过特定的接触关系联结成为整体,各部分之间接触关系主要采用surfacetosurface接触、tie接触和embedded接触。其中,螺栓与混凝土、混凝土与混凝土、垫片与混凝土之间采用surfacetosurface接触。接触力学行为分为法向和切向,其接触关系分别为硬接触和基于罚函数的接触关系,在摩擦参数设置中需要指定摩擦因数。根据摩擦试验的结果[20],将螺栓与混凝土之间的摩擦因数设为0.15,螺栓与垫片之间的摩擦因数设为0.2,垫片和混凝土之间的摩擦因数设为0.3,混凝土与混凝土之间的摩擦因数设为0.55。根据既有接头抗弯足尺试验发现[19],螺栓的变形主要出现在螺栓的中部,螺栓与套筒之间以及套筒与混凝土之间未见明显的相对滑移,因此在模型中将螺栓与套筒以及套筒与混凝土之间的相互作用关系设为绑定接触。钢筋采用梁单元进行模拟,以嵌入(embedded)的方式与混凝土接触,以增强混凝土的受力和变形性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]带接头盒矩形盾构接头正向抗弯三维有限元分析[J]. 马国民,丁文其,魏于量,姜弘,金跃郎. 现代隧道技术. 2018(04)
[2]盾构隧道原型管片接头抗弯性能试验[J]. 张力,封坤,方若全,邱月,何川,左雷彬. 土木工程学报. 2017(S2)
[3]地铁盾构隧道纵向接缝承载能力试验研究与解析分析[J]. 柳献,张晨光,张宸. 土木工程学报. 2016(10)
[4]高轴压作用下盾构隧道复杂接缝面管片接头抗弯试验[J]. 封坤,何川,肖明清. 土木工程学报. 2016(08)
[5]盾构管片接头破坏的弹塑性–损伤三维有限元模型研究[J]. 庄晓莹,张雪健,朱合华. 岩土工程学报. 2015(10)
[6]管片接头刚度对盾构隧道结构内力影响分析[J]. 李峰,苟长飞,许东. 武汉理工大学学报. 2013(11)
[7]盾构管片接头简化数值模拟方法[J]. 葛世平,谢东武,丁文其,欧阳文彪. 岩土工程学报. 2013(09)
[8]盾构隧道管片接头抗弯刚度的三维数值计算[J]. 陈俊生,莫海鸿. 铁道学报. 2009(04)
[9]盾构隧道装配式管片接头三维有限元分析[J]. 张厚美,张正林,王建华. 上海交通大学学报. 2003(04)
[10]盾构隧道管片接头荷载试验研究[J]. 张厚美,傅德明,过迟. 现代隧道技术. 2002(06)
博士论文
[1]大直径越江盾构隧道管片结构理论分析及其工程应用研究[D]. 姜安龙.同济大学 2007
[2]盾构法隧道预应力衬砌设计理论及方法研究[D]. 刘丰军.同济大学 2007
硕士论文
[1]水下盾构隧道管片力学特性研究[D]. 郑俊.北京交通大学 2013
[2]盾构机隧道施工的管片设计及有限元分析[D]. 肖石林.武汉大学 2004
本文编号：3250543
【文章来源】：隧道建设(中英文). 2020,40(08)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
苏通GIL综合管廊隧道纵断面
管片混凝土强度等级为C60,弹性模量为36.5×104MPa,抗压强度标准值为38.5MPa。环向接头通过3根强度等级为10.9的M36螺栓进行连接,为增强螺栓对于接缝面的约束作用,沿幅宽方向处于中间位置的螺栓插入方向与其余螺栓不同。环向接头细部构造如图2所示,连接螺栓长度为665.8mm,其中锚固段长度为190mm。1.2 数值模型
采用大型有限元软件ABAQUS进行三维建模分析,其中接头混凝土试件、螺栓、垫片、套筒和连接支座均采用实体单元进行模拟,混凝土中预埋的钢筋采用空间梁单元进行模拟,钢筋与混凝土之间采用嵌入的方式进行连接。模型组成如图3所示。从图3中可以看出,盾构隧道管片接头三维精细化有限元模型由多个部分组成,不同的部分之间需要通过特定的接触关系联结成为整体,各部分之间接触关系主要采用surfacetosurface接触、tie接触和embedded接触。其中,螺栓与混凝土、混凝土与混凝土、垫片与混凝土之间采用surfacetosurface接触。接触力学行为分为法向和切向,其接触关系分别为硬接触和基于罚函数的接触关系,在摩擦参数设置中需要指定摩擦因数。根据摩擦试验的结果[20],将螺栓与混凝土之间的摩擦因数设为0.15,螺栓与垫片之间的摩擦因数设为0.2,垫片和混凝土之间的摩擦因数设为0.3,混凝土与混凝土之间的摩擦因数设为0.55。根据既有接头抗弯足尺试验发现[19],螺栓的变形主要出现在螺栓的中部,螺栓与套筒之间以及套筒与混凝土之间未见明显的相对滑移,因此在模型中将螺栓与套筒以及套筒与混凝土之间的相互作用关系设为绑定接触。钢筋采用梁单元进行模拟,以嵌入(embedded)的方式与混凝土接触,以增强混凝土的受力和变形性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]带接头盒矩形盾构接头正向抗弯三维有限元分析[J]. 马国民,丁文其,魏于量,姜弘,金跃郎. 现代隧道技术. 2018(04)
[2]盾构隧道原型管片接头抗弯性能试验[J]. 张力,封坤,方若全,邱月,何川,左雷彬. 土木工程学报. 2017(S2)
[3]地铁盾构隧道纵向接缝承载能力试验研究与解析分析[J]. 柳献,张晨光,张宸. 土木工程学报. 2016(10)
[4]高轴压作用下盾构隧道复杂接缝面管片接头抗弯试验[J]. 封坤,何川,肖明清. 土木工程学报. 2016(08)
[5]盾构管片接头破坏的弹塑性–损伤三维有限元模型研究[J]. 庄晓莹,张雪健,朱合华. 岩土工程学报. 2015(10)
[6]管片接头刚度对盾构隧道结构内力影响分析[J]. 李峰,苟长飞,许东. 武汉理工大学学报. 2013(11)
[7]盾构管片接头简化数值模拟方法[J]. 葛世平,谢东武,丁文其,欧阳文彪. 岩土工程学报. 2013(09)
[8]盾构隧道管片接头抗弯刚度的三维数值计算[J]. 陈俊生,莫海鸿. 铁道学报. 2009(04)
[9]盾构隧道装配式管片接头三维有限元分析[J]. 张厚美,张正林,王建华. 上海交通大学学报. 2003(04)
[10]盾构隧道管片接头荷载试验研究[J]. 张厚美,傅德明,过迟. 现代隧道技术. 2002(06)
博士论文
[1]大直径越江盾构隧道管片结构理论分析及其工程应用研究[D]. 姜安龙.同济大学 2007
[2]盾构法隧道预应力衬砌设计理论及方法研究[D]. 刘丰军.同济大学 2007
硕士论文
[1]水下盾构隧道管片力学特性研究[D]. 郑俊.北京交通大学 2013
[2]盾构机隧道施工的管片设计及有限元分析[D]. 肖石林.武汉大学 2004
本文编号：3250543
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