摘要：在采用盾构法应对大埋深、高水压等特殊环境时,具有凹凸榫、双侧止水构造的复杂接缝面接头大量运用,在该情况下其抗弯性能较为复杂。文章结合广深港高速铁路狮子洋隧道工程,针对高轴压作用下复杂接缝面管片接头的抗弯性能、破坏特征开展了足尺试验研究,试验结果表明,高压作用下管片接头抗弯刚度在初始段小弯矩作用下增长近似线性,后段呈明显非线性,而且轴力水平越大线性段保持越长;由于负弯曲时管片内侧接触传力区混凝土参与受压,增加了接缝面的抗弯能力,使负弯荷载下抗弯刚度比正弯荷载下抗弯刚度略大。接缝面张开情况随弯矩呈"台阶状"变化,在接缝面线性张开时轴力的增长对于接缝面张开的约束作用不明显,而非线性增长阶段轴力对与张开量的约束明显;止水材料对于接头抗弯刚度的影响很小,在进行管片接头抗弯刚度的设计与计算分析时可忽略不计;正弯荷载与负弯荷载作用时管片接头的破坏过程不同,正弯荷载作用下接头螺栓先于接头破坏,负弯荷载作用下接头破坏时螺栓未破坏。研究结果可为盾构法隧道的设计、施工和相关研究提供重要参考。

摘要：结合成都地铁4号线工程资料，并采用一种新的计算模型对接头刚度折减后的管片环内力进行分析。得到以下结论：管片接头刚度大小对管片环的变形、内力均有影响，对轴力几乎无影响；管片环的最大位移、正负弯矩分别出现在拱顶、上下拱部45°处附近、拱底位置，最大剪力随刚度折减系数k的减小逐步下移至接近拱底处；设计中需考虑管片接头处的抗剪弯刚度对管片环的受力影响，可不考虑抗拉压刚度；工程中管片接头k的合理取值区间为10-1.36~10-0.87，且在该范围内，管片环弯曲刚度有效率η与-lgk近似呈线性关系。

摘要：盾构隧道衬砌管片接头转动刚度是盾构隧道衬砌结构计算中的一个重要参数,在衬砌结构计算方法中接头弯曲刚度评估多依赖于经验公式和足尺寸接头试验。为了准确而快速地评估不同类型管片接头转动刚度,尝试通过建立接头部位的解析模型为接头转动刚度的确定提供理论依据。依据管片接头部位的结构特点,结合半刚性接头力学行为建立弯矩-转角关系,给出接头结构的一种新型数学物理模型的接头尺寸和材料参数表达。以长弯螺栓接头为例,对模型参数进行评估,并给出接头弯矩-转角关系曲线,模型区分接头张开前后不同状态。接头弯矩-转角力学行为研究表明,接头张开前接头弯矩和转角均与轴力呈正相关关系;接头尺寸和混凝土弹性模量参数增大可促使接头转动刚度提高;若轴力增大,接头弯矩承载能力将有所提高,且近似呈现线性关系。与经典接头模型(Janssen和Gladwell模型)和接头试验数据进行对比,验证所提出模型的准确性,且该模型具有普遍适用性。研究认为,管片接头的弯矩-转角力学行为刻画中,接头张开时刻转动角度、接头张开后转动刚度衰减速度以及接头所能承受的极限弯矩,将起到关键作用。文中模型能够为管片衬砌结构设计方法中关键参数-弯曲刚度的评估提供理论依据。

摘要：盾构隧道衬砌由预制钢筋混凝土管片通过螺栓连接拼装而成,存在很多薄弱接头,这使其在火灾高温条件下会呈现出更加复杂的力学响应。因此,为了获取盾构隧道管片及接头高温下力学性能,对7组足尺管片试件进行了火灾试验,研究了火灾类型(ISO834、HC及RABT标准升温曲线)、管片类型(标准块、标准块接头及封顶块接头)和密封设置对盾构隧道管片在火灾高温下力学性能的影响。试验结果表明:(1)在较快的升温速率和较高的温度下,管片受火面混凝土发生严重剥落,导致大量钢筋外露,影响盾构管片高温下承载力,威胁盾构隧道衬砌结构安全;(2)当各试验距受火面25 mm处混凝土温度均超过《建筑设计防火规范》规定的耐火极限判断标准时,试验管片变形较小且未出现破坏现象,可知仅将温度作为隧道内承重结构体耐火极限判定依据较片面和保守;(3)管片接头处手孔密封设置及接缝密封设置分别对连接螺栓螺母和螺杆起到了很好的保护作用,但对止水条的温度变化趋势和特征影响不大;(4)混凝土严重剥落导致的管片厚度减少、大量裂缝产生造成的管片完整性下降以及混凝土水分受热蒸发留下的与外界贯通的毛细孔道均严重降低管片的抗渗性能。

摘要：抗弯承载力是管片接头的重要力学属性,可为评价管片接头或整环结构承载安全提供重要参考,而螺栓是管片接头的重要组成部分,由于实际工程中接头连接螺栓可能失效,因此研究螺栓对于管片接头抗弯承载力的影响十分必要。为此,首先基于经典钢筋混凝土构件抗弯理论和压弯荷载下管片接头受力特征,建立了考虑复杂接缝面构造的接头抗弯承载力理论模型,然后分别开展有螺栓接头和无螺栓接头抗弯破坏试验对理论模型进行验证,最后基于理论模型,针对厚度0.40~0.65 m的6种典型管片接头,分析有、无螺栓对接头抗弯承载力的影响。研究结果表明:高轴压下,有螺栓管片接头和无螺栓管片接头的破坏过程分别可分为3个阶段和2个阶段,接头受压区边缘混凝土接触后破坏现象开始密集产生;正负弯矩下,有螺栓和无螺栓接头抗弯承载力理论模型与足尺试验的最大相对误差分别为5.6%和6.1%,表明理论模型具有较高的计算精度;对于不同厚度管片接头,轴压比大于0.309~0.455(正弯,负弯为0.417~0.499)或偏心距小于0.101~0.166 m(正弯,负弯为0.071 1~0.099 2 m)时,螺栓对其抗弯承载力无影响,因此当管片接头处出现连接螺栓失效等情况时,可适当增大接头轴力或降低接头偏心距,以减小螺栓对接头抗弯承载安全的影响。

摘要：破坏特征和损伤特性是管片接头失效分析和承载性能研究的重要内容,对于确保其受力安全具有重要意义。文章开展了正负弯矩下管片接头抗弯破坏试验,对接头混凝土裂纹和压溃、螺栓受力和变形及接头位移等宏观破坏特征进行了总结,采用声发射技术对接头混凝土损伤演化过程和分布范围等细观损伤特性进行定量分析。研究结果表明:高轴压下管片接头破坏特征为4条主裂纹、微裂纹和缝面压溃区,随后受压区混凝土压溃;螺栓变形模式以弯曲为主,负弯矩下螺栓形变更加明显;接头破坏过程中声发射计数和能量存在显著峰值,该峰值出现时刻对应破坏现象为接缝面微裂纹向可见裂纹发展,说明此时接头承载状态发生了显著变化;接头损伤垂直于接缝面的分布范围为缝面两侧各0.855h(正弯,h为接头厚度)和0.584h(负弯),沿幅宽方向的分布范围为螺栓两侧各0.2b(b为单颗螺栓所占管片幅宽,即管片幅宽除以接头处螺栓颗数)。

摘要：针对大断面盾构隧道复杂接缝面管片接头特点,考虑其接缝面细部构造、混凝土及传力衬垫的非线性力学特性、接缝面荷载传递特性以及接头螺栓预紧作用等因素的影响,建立了能够表征管片接缝面混凝土开裂与压碎、螺栓屈服以及接头破坏的管片接头抗弯力学模型,并结合管片接头抗弯足尺试验对大断面盾构隧道管片接头的抗弯性能进行对比分析。研究结果表明:弯矩较小时接缝面最大张开量增长较缓慢,当弯矩超过一定量值后,接缝面最大张开量显著增长;接缝张开高度超过螺栓位置而使螺栓受拉后,张开高度随弯矩增长幅度逐渐减小并趋于稳定值;负弯时接缝面的张开时机及螺栓的受力时机晚于正弯;轴力越大,接缝面的张开时机越晚,同等大小弯矩条件下张开高度的越小;管片接头抗弯刚度随弯矩增长总体呈非线性减小特点,轴力对于抗弯刚度的保持有益,轴力越大接缝面的抗弯能力越持久。研究结果可为大断面盾构隧道管片接头的设计提供指导与参考。

摘要：以大断面水下铁路盾构隧道～狮子洋隧道工程为研究对象，运用有限元数值分析方法，并结合管片接头原型抗弯试验，研究环向管片接头抗弯刚度，并运用梁一弹簧模型进行接头抗弯刚度对整环管片结构内力影响的研究。结果表明：该隧道管片接头抗弯刚度的取值范围为50～700MN·m·tad-1，在相同轴力条件下，接头抗弯刚度会随接头弯矩的增加降低1个数量级左右；在相同接头弯矩条件下，接头抗弯刚度随轴力的增加而增大；接头抗弯刚度对管片轴力分布的影响微弱，对管片弯矩的影响显著；随接头抗弯刚度的增大，整环管片的弯矩分布趋于均匀；在抗弯刚度取值范围内，极值弯矩相差最大达80％左右，极值轴力最大减小5％左右，变形最大减小20％左右；基于接头抗弯刚度一弯矩一轴力的非线性关系改进的梁一弹簧模型，更能体现接头对整环管片受力的影响，也更适用于大断面盾构隧道管片内力的计算。

摘要：管片接头是盾构隧道衬砌的渗漏水多发区域,长期渗流导致荷载分布和受力模式变化,危及结构安全。针对现有研究难以对接头渗漏下盾构隧道力学特性准确模拟的现状,提出一种新的模拟分析思路,基于开发的接头联接单元模拟盾构衬砌接头位置的力学变形响应,采用有限元软件二次开发数值实现接头渗流,要点在于密封垫张开引起的接触应力和外水压力动态变化的迭代分析,进而建立管片接头渗流下的盾构隧道流固耦合数值模型。结合上海地铁盾构隧道工程实例,对不同接头渗流、渗流量、接头刚度和防水性能等因素影响下的隧道力学变形机理和地表沉降规律进行分析。研究发现:管片接头位置与渗流量对于衬砌结构的内力存在一定影响,具体表现为弯矩明显增加而轴力略微减小,拱腰接头发生渗流对结构内力的影响最大。隧道结构的变形随着渗流量的增加而增加,且基本呈正比关系;拱腰、拱底和拱顶接头发生渗流时对结构侧向移动和变形的影响依次减小。隧道结构和地表沉降随着管片接头渗流量增加而增加,且基本呈正比关系;拱顶接头发生渗流时,地表沉降最大但隧道沉降最小;拱底接头发生渗流时,地表沉降最小但隧道沉降最大。研究成果对完善盾构隧道流固耦合分析模型有一定参考价值。

摘要：管片接缝对盾构隧道的变形及地震响应产生极大影响。文章以南京纬三路大直径过江盾构隧道为研究对象,使用FLAC3D软件建立了真实的管片连接模型,并考虑了三种分块方案,计算了各方案中设计正、负弯矩及轴力所对应的接头转角。通过建立简化的连续非均质圆环模型,依据接头转角等效修正管片接头薄弱区材料刚度,分析了不同分块形式下隧道结构在EI centro波作用下的地震响应。结果表明:分块形式对地震开始后1.2 s内结构的动力特性有影响;封顶块角度越小,拱顶及拱底水平向加速度时程曲线幅值越小;地震结束后三种方案拱顶以及拱底两侧各60°范围内产生较大的拉应力;接头区分布影响断面最大主应力分布,封顶块大小影响最大主应力大小。