南京长江隧道管片接缝力学行为研究ppt课件

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1、南京长江隧道管片接缝南京长江隧道管片接缝力学行为研讨力学行为研讨 姓名:彭志忠 专业:桥梁与隧道工程 指点教师:何川 教授 论文主要内容论文主要内容工程背景,国内外研讨现状,研讨意义及研讨方法和创新性管片接头原型实验 数值模拟分析 接头可靠度分析结论与展望 工程背景工程背景,国内外研讨现状国内外研讨现状,研研讨意义及研讨方法和创新性讨意义及研讨方法和创新性南京长江隧道工程概略管片接头抗弯刚度k定义 国内外现状分析 文章的研讨意义研讨方法及创新性 南京长江隧道工程概略南京长江隧道工程概略 南京长江隧道 南京长江隧道是长江上第二个过江隧道，是确定的“五桥一隧过江通道的主要组成部分。南京长江隧道分左

2、右两条隧道，每隧道设置三车道，设计行车速度为80km/h。盾构隧道内径13.3m，外径14.5m。圆形衬砌环采用环宽2m、厚0.6m、每环由10块管片组成，见图1-2。南京长江隧道工程概略南京长江隧道工程概略图图1-2 1-2 南京长江隧道横断面布置南京长江隧道横断面布置南京长江隧道南京长江隧道管片接头抗弯刚度管片接头抗弯刚度kk管片接头抗弯刚度管片接头抗弯刚度kk重要性重要性:管片接头抗弯刚度的取值是梁管片接头抗弯刚度的取值是梁-弹簧模弹簧模型设计中衬砌环构造受力分析必不可少的重型设计中衬砌环构造受力分析必不可少的重要参数，其综合反映了盾构隧道接头性能及要参数，其综合反映了盾构隧道接头性能及

3、其在外荷载作用下的变形大小和趋势。其在外荷载作用下的变形大小和趋势。定义：管片接缝产生单位转角所需求的弯矩定义：管片接缝产生单位转角所需求的弯矩 即为片接头抗弯刚度即为片接头抗弯刚度kk。取值取值:经过分析对比经过分析对比-M-M关系曲线求得管片接头关系曲线求得管片接头抗弯刚度抗弯刚度k(k(割线法割线法 、切线法、多段直线、切线法、多段直线法法 、曲线、曲线+直线法等直线法等,见图见图2-1)2-1)管片接头抗弯刚度管片接头抗弯刚度kk管片接头抗弯刚度管片接头抗弯刚度kkM0001M1M1kM000M1kM001M0M1k211k1图图2-1 (a)2-1 (a)割线法割线法 (b)(b)切

4、线法切线法 (c)(c)两段直线法两段直线法00M01M1M1k11k21k300MM01k1k21图图2-1 (d)2-1 (d)三段直线法三段直线法 (e)(e)曲线曲线+直线法直线法 国内外现状分析国内外现状分析 演化过程演化过程:均质圆环模型多铰圆环模型弹性铰均质圆环模型多铰圆环模型弹性铰模型径向剪切弹簧模型环向剪切弹簧模型层间模型径向剪切弹簧模型环向剪切弹簧模型层间紧缩及剪切弹簧模型紧缩及剪切弹簧模型 代表代表:村上博智、小泉淳村上博智、小泉淳19781978等等 的梁弹簧的梁弹簧模型抗弯刚度，环向和径向剪切刚度模型抗弯刚度，环向和径向剪切刚度 ；文献；文献 19871987假定受压

5、假定受压区混凝土分布为矩形，推导出大偏心受压下的区混凝土分布为矩形，推导出大偏心受压下的KK计计算式算式 ；Teodor IftimieTeodor Iftimie19941994对于不设螺栓的接对于不设螺栓的接头，假定接头面受压区混凝土接触压力为抛物线，以头，假定接头面受压区混凝土接触压力为抛物线，以为接头的变形主要由混凝土的紧缩变形引起，由此推为接头的变形主要由混凝土的紧缩变形引起，由此推导出相应的抗弯刚度系数导出相应的抗弯刚度系数KK的计算式的计算式 ；国内外现状分析国内外现状分析 代表代表:朱合华，杨林德，陶履彬等朱合华，杨林德，陶履彬等19981998的梁的梁接头模型；文献接头模型；

6、文献 20002000对南水北调穿黄盾构隧道进展对南水北调穿黄盾构隧道进展了了1:11:1的模型研讨，其以为接头紧缩位移主要是由衬的模型研讨，其以为接头紧缩位移主要是由衬垫紧缩引起，张开主要由螺栓伸长产生；文献垫紧缩引起，张开主要由螺栓伸长产生；文献 20012001推导推导出平面型纵缝接头力学模型等。出平面型纵缝接头力学模型等。尚待进一步的研讨：一是如何合理地确定弹簧的刚尚待进一步的研讨：一是如何合理地确定弹簧的刚度；二是如何简化计算方法，提高计算效率。度；二是如何简化计算方法，提高计算效率。文章的研讨意义文章的研讨意义 文章的研讨意义：对于盾构隧道的构造设计，在等中是按照弹性均质圆环法或弹

7、性铰圆法计算，而大量的工程实测结果阐明实践内力远比按均质圆环法计算的结果小，弹性铰法假定接头的变形与内力成线性关系与实践的接头性能具有明显的非线性不相符合。且普通大型工程都要进展接头的加载实验，以确定接头的受力和变形情况，对于像南京长江隧道这样的超大断面14.5m、高水压、管片接头采用斜螺栓作为衔接螺栓的盾构隧道，在国内尚属初次，为使这类隧道管片的设计更加平安、经济、合理，以便为设计提供可靠的根据，必需对接头的受力、变形及破坏过程进展研讨。研讨方法及创新性研讨方法及创新性 研讨方法：管片接头原型实验；数值模拟分析；接头可靠度分析 创新性：文章利用管片接头原型实验和数值模拟手段并结合概率实际处置

8、的方法，对在国内工程建立中初次出现的超大断面、高水压、斜螺栓式的盾构隧道管片接头的受力、变形、破坏过程及可靠度进展研讨，得出管片接头受力、变形特征规律和接头力学影响要素的程度值及接头抗弯刚度回归方程。南京长江隧道管片接头南京长江隧道管片接头原型实验研讨原型实验研讨 管片接头原型实验概括 实验安装、设备与方法 管片接头原型实验成果分析 管片接头原型实验概括管片接头原型实验概括实验研讨的必要性：实验研讨的必要性：盾构隧道管片接头的构造特点使衬砌构造的断盾构隧道管片接头的构造特点使衬砌构造的断面变化复杂，整个构造各部分刚度变化很大，使已有面变化复杂，整个构造各部分刚度变化很大，使已有的整体式地下构造

9、计算实际不能确切反映管片环强度的整体式地下构造计算实际不能确切反映管片环强度和变形特征。目前思索接头影响的各种计算方法普遍和变形特征。目前思索接头影响的各种计算方法普遍是将接头简化为某种弹簧，用弹簧的刚度系数来评价是将接头简化为某种弹簧，用弹簧的刚度系数来评价接头的变形特征。由于接头受力的复杂性，目前接头接头的变形特征。由于接头受力的复杂性，目前接头刚度与接头强度的取值还无现成实际可依，各国均是刚度与接头强度的取值还无现成实际可依，各国均是经过实验加以确定。经过实验加以确定。实验目的：实验目的：经过对以斜螺栓衔接的南京长江隧道盾构经过对以斜螺栓衔接的南京长江隧道盾构管片接头进展加载实验，对接头

10、部位的刚度和强管片接头进展加载实验，对接头部位的刚度和强度进展定量评价，对接头端肋、衔接螺栓等各部度进展定量评价，对接头端肋、衔接螺栓等各部分的强度匹配情况进展研讨；研讨不同轴力、弯分的强度匹配情况进展研讨；研讨不同轴力、弯矩、衔接螺栓预紧力等要素对接头刚度和强度的矩、衔接螺栓预紧力等要素对接头刚度和强度的影响，为实际分析和改良接头设计提供根据，为影响，为实际分析和改良接头设计提供根据，为整体构造力学分析提供重要的参数整体构造力学分析提供重要的参数接头刚度系接头刚度系数。数。管片接头原型实验概括管片接头原型实验概括管片接头原型实验概括管片接头原型实验概括 实验总体概括实验总体概括:实验共运用了

11、实验共运用了4 4对外管片接头试件，均为直对外管片接头试件，均为直板型接头，其中抗弯试件板型接头，其中抗弯试件2 2组，抗剪试件组，抗剪试件2 2组。总组。总体上看，实验方案合理，测试手段先进，丈量数体上看，实验方案合理，测试手段先进，丈量数据齐全，并结合南京长江隧道管片衬砌构造类似据齐全，并结合南京长江隧道管片衬砌构造类似模型实验、管片衬砌构造体原型构造实验管片模型实验、管片衬砌构造体原型构造实验管片环错缝拼装、通缝拼装实验和单体原型管片加载环错缝拼装、通缝拼装实验和单体原型管片加载实验进展比较分析，实验结果具有代表性。实验进展比较分析，实验结果具有代表性。实验安装、设备与方法实验安装、设备

12、与方法 实验安装及加载实验安装及加载:实验安装采用实验安装采用“多功能盾构隧道构造体原多功能盾构隧道构造体原型加载系统安装型加载系统安装+6+6根拉杆，其表示图见图根拉杆，其表示图见图2-12-1。图图2-12-1多功能盾构隧道构造体实验系统实物图多功能盾构隧道构造体实验系统实物图 实验安装、设备与方法实验安装、设备与方法 实验安装及加载实验安装及加载:管片接头抗弯实验表示图分别见图管片接头抗弯实验表示图分别见图2-2 2-2。图图2-2 2-2 管片接头抗弯实验表示图管片接头抗弯实验表示图 实验安装、设备与方法实验安装、设备与方法 实验安装及加载实验安装及加载:管片接头抗剪实验表示图分别见图

13、管片接头抗剪实验表示图分别见图2-3 2-3。图图2-3 2-3 管片接头抗剪实验表示图管片接头抗剪实验表示图 实验安装、设备与方法实验安装、设备与方法 试件几何尺寸试件几何尺寸 :南京长江隧道管片整体、细部构造和纵缝南京长江隧道管片整体、细部构造和纵缝衔接构造如图衔接构造如图2-52-5、2-62-6所示。所示。图图2-6 2-6 纵缝衔接构造表示图纵缝衔接构造表示图图图2-5(a)2-5(a)管片整体及细部表示图管片整体及细部表示图 实验安装、设备与方法实验安装、设备与方法 试件几何尺寸试件几何尺寸 :为了方便导入内力，采用预制直板型钢筋混凝为了方便导入内力，采用预制直板型钢筋混凝土管片替

14、代原来的曲板型管片进展加载土管片替代原来的曲板型管片进展加载,同时经数值同时经数值模拟，采用模拟，采用1/31/3幅宽的计算结果和采用全幅宽的相差幅宽的计算结果和采用全幅宽的相差约约1%1%，因此采用，因此采用1/31/3幅宽进展实验。思索到宏大的轴幅宽进展实验。思索到宏大的轴力在一定的挠度下使得管片失稳，管片的长度在保力在一定的挠度下使得管片失稳，管片的长度在保证圣维南原理的条件下应尽能够小，结合设备尺寸，证圣维南原理的条件下应尽能够小，结合设备尺寸，取两管片总长取两管片总长2315mm2315mm，抗弯实验两管片块长度相等，抗弯实验两管片块长度相等，抗剪实验时那么一长一短抗剪实验时那么一长

15、一短,长的一块固定，接头尽量长的一块固定，接头尽量接近支座处，在接头的另一端施加剪力尽量减少接近支座处，在接头的另一端施加剪力尽量减少弯矩的产生。弯矩的产生。实验安装、设备与方法实验安装、设备与方法 试件浇注试件浇注 :为保证螺栓可准确衔接两管片，在台阶上采为保证螺栓可准确衔接两管片，在台阶上采用加长螺栓衔接两管片同时进展浇注，如图用加长螺栓衔接两管片同时进展浇注，如图2-72-7所示。所示。接头断面采用精细钢模制造，要求其到达原型管片接头断面采用精细钢模制造，要求其到达原型管片的一样误差范围，其它断面可以适当降低要求。衔的一样误差范围，其它断面可以适当降低要求。衔接螺栓、衬垫资料以及手孔部位

16、都要准确模拟。接螺栓、衬垫资料以及手孔部位都要准确模拟。图图2-7 2-7 接头试件浇注表示图接头试件浇注表示图(a)(a)抗弯试件抗弯试件(b)(b)抗剪试件抗剪试件实验安装、设备与方法实验安装、设备与方法 试件浇注试件浇注 :管片配筋量与设计配筋量相当，如图管片配筋量与设计配筋量相当，如图2-82-8所所示。示。(a)(a)实验管片配筋图实验管片配筋图(b)(b)管片试件管片试件(抗剪抗剪)钢筋笼拼装钢筋笼拼装图图2-8 2-8 接头试件配筋表示图接头试件配筋表示图实验安装、设备与方法实验安装、设备与方法 边境条件模拟边境条件模拟 :接头抗弯实验、抗剪实验接头抗弯实验、抗剪实验中轴力和弯矩

17、方向的作用力是中轴力和弯矩方向的作用力是经过运用尼龙棒以线荷载的方经过运用尼龙棒以线荷载的方式施加到管片外表的。图式施加到管片外表的。图2-9 2-9 聚四氟乙烯板是在接头抗剪实聚四氟乙烯板是在接头抗剪实验中为保证施加剪力端在剪力验中为保证施加剪力端在剪力方向能自在挪动，两层聚四氟方向能自在挪动，两层聚四氟乙烯板其摩擦系数为乙烯板其摩擦系数为0.030.03，并，并可在板之间添加水或者航空耐可在板之间添加水或者航空耐磨液压油进一步降低其摩擦系磨液压油进一步降低其摩擦系数。数。图图2-9 2-9 聚四氟乙烯板聚四氟乙烯板实验安装、设备与方法实验安装、设备与方法 测试工程测试工程 :实验中需量测的

18、工程主要有：接头张开角、实验中需量测的工程主要有：接头张开角、接触面压应力、接头附近外表混凝土应变、接头螺接触面压应力、接头附近外表混凝土应变、接头螺栓的应变、接头程度位移和管片垂直位移挠度、栓的应变、接头程度位移和管片垂直位移挠度、裂痕宽度和方向、支座沉降位移等。实验按照裂痕宽度和方向、支座沉降位移等。实验按照 设计，经过这些参数可以计算设计，经过这些参数可以计算出接头抗弯刚度系数、接触面受压区高度等。出接头抗弯刚度系数、接触面受压区高度等。实验安装、设备与方法实验安装、设备与方法图图2-10 2-10 位移计布置展开图正弯位移计布置展开图正弯图图2-13 2-13 应变片布置展开图应变片布

19、置展开图图图2-122-12接头端面压敏纸布置接头端面压敏纸布置 图图2-14 2-14 螺栓加工及应变片布置螺栓加工及应变片布置 测试工程测试工程 :实验安装、设备与方法实验安装、设备与方法 测试工程测试工程 :螺栓表面应变片压 敏 纸差动式位移传感器静态应变数据采集仪人 工 采 集微机与支持软件打印机混凝土表面应变片位 移 数 显 仪图图2-17 2-17 数据采集与分析系统表示图数据采集与分析系统表示图实验安装、设备与方法实验安装、设备与方法 加载方案加载方案 :NO轴力N(KN)正弯矩 P（kN）负弯矩 P（kN）480MPa640MPa480MPa640MPa110005907005

20、907002120066076066076031400730820730820416007908807908805180085093085093062000910980910980722009601030960103082400101010701010107092600105011101050111010280010901150109011501130001130118011301180表表2-1 2-1 管片接头加载实验加载等级表抗弯管片接头加载实验加载等级表抗弯管片接头实验成果分析管片接头实验成果分析第二组负弯实验轴力为第二组负弯实验轴力为8027kN8027kN时实验成果分析时实验成果分

21、析 :在负弯矩荷载下，试件内弧面受压负值，在负弯矩荷载下，试件内弧面受压负值，在同一工况中，试件混凝土外表应变随高度增大而在同一工况中，试件混凝土外表应变随高度增大而增大，并出现拉应变；同时由于有两个面为腾空面，增大，并出现拉应变；同时由于有两个面为腾空面，由边境效应可知，试件侧面最低和最高位置应变片由边境效应可知，试件侧面最低和最高位置应变片能够出现压、拉应变减少景象。能够出现压、拉应变减少景象。图图3-1,2 3-1,2 第二组负弯实验轴力为第二组负弯实验轴力为8027kN8027kN时试件侧面时试件侧面1 1，2 2砼外表应变分布曲线砼外表应变分布曲线管片接头实验成果分析管片接头实验成果

22、分析第二组负弯实验轴力为第二组负弯实验轴力为8027kN8027kN时实验成果分析时实验成果分析:在负弯矩情况下，试件内弧面整体受压负在负弯矩情况下，试件内弧面整体受压负值，且压应变根本坚持不变。对应手空位置压应值，且压应变根本坚持不变。对应手空位置压应变出现减小趋势，同一曲线成右变出现减小趋势，同一曲线成右“凸行，这阐明凸行，这阐明实验中由于螺栓受力和端肋的缘故，导致手孔位置实验中由于螺栓受力和端肋的缘故，导致手孔位置混凝土外表压应变产生减少景象，手孔对试件端部混凝土外表压应变产生减少景象，手孔对试件端部刚度具有一定的减弱作用，端肋有一定的柔性。刚度具有一定的减弱作用，端肋有一定的柔性。图图

23、3-5,63-5,6第二组负弯实验轴力为第二组负弯实验轴力为8027kN8027kN时试件幅宽方向时试件幅宽方向1 1，2 2砼外表应变分布曲线砼外表应变分布曲线管片接头实验成果分析管片接头实验成果分析第二组负弯实验轴力为第二组负弯实验轴力为8027kN8027kN时实验成果分析时实验成果分析 :在荷载弯矩较小的情况下，接头张开较小，且在荷载弯矩较小的情况下，接头张开较小，且试件接头整体张开坚持一致，试件处于弹性情况。试件接头整体张开坚持一致，试件处于弹性情况。随着荷载弯矩的添加，试件接头张开情况趋于明显，随着荷载弯矩的添加，试件接头张开情况趋于明显，且由试件接头张开曲线可看出试件由弹性形状向

24、塑且由试件接头张开曲线可看出试件由弹性形状向塑性形状转变，接头面的外形也并非像假设中的两个性形状转变，接头面的外形也并非像假设中的两个平面，而是从受压区平面到脱离区平面的一个过度平面，而是从受压区平面到脱离区平面的一个过度曲面。曲面。图图3-7 3-7 第二组负弯实验轴力为第二组负弯实验轴力为8027kN8027kN时试件接头张开曲线时试件接头张开曲线管片接头实验成果分析管片接头实验成果分析第二组负弯实验轴力为第二组负弯实验轴力为8027kN8027kN时实验成果分析时实验成果分析 :图图3-83-8在荷载弯矩为在荷载弯矩为1000kN.m1000kN.m左右出现拐点，左右出现拐点，此时试件的

25、最大张开量为此时试件的最大张开量为1.26mm1.26mm，之后随着荷载的，之后随着荷载的添加，试件最大张开量添加明显，添加幅度为添加，试件最大张开量添加明显，添加幅度为1mm1mm左左右。图右。图3-93-9试件管片受压区高度由试件管片受压区高度由350mm350mm随荷载弯矩随荷载弯矩的添加减少到的添加减少到187mm187mm，这与图，这与图3-13-1图图3-23-2中试件侧面中试件侧面混凝土外表应变分布曲线中应变由压应变向拉应变混凝土外表应变分布曲线中应变由压应变向拉应变转变的位置相对应。转变的位置相对应。图图3-8,93-8,9第二组负弯实验轴力为第二组负弯实验轴力为8027kN8

26、027kN时最大张开量、受压区高度与弯矩关系时最大张开量、受压区高度与弯矩关系管片接头实验成果分析管片接头实验成果分析第二组负弯实验轴力为第二组负弯实验轴力为8027kN8027kN时实验成果分析时实验成果分析 :在弯矩较小的情况下，接头转角转角曲线近在弯矩较小的情况下，接头转角转角曲线近似为直线，该段试件接头抗弯刚度系数超越似为直线，该段试件接头抗弯刚度系数超越550 550 MN.M/RadMN.M/Rad，当荷载弯矩超越，当荷载弯矩超越1000kN.m1000kN.m后，曲线出现后，曲线出现明显的平缓倾向，试件接头抗弯刚度系数减小。明显的平缓倾向，试件接头抗弯刚度系数减小。图图3-10

27、3-10 第二组负弯实验轴力为第二组负弯实验轴力为8027kN8027kN时试件接头转角与弯矩的关系曲线时试件接头转角与弯矩的关系曲线管片接头实验成果分析管片接头实验成果分析第二组负弯实验不同轴力下实验成果的比较分析第二组负弯实验不同轴力下实验成果的比较分析:图图3-11，图，图3-12和图和图3-13为负弯工况时接头为负弯工况时接头弯矩与最大张开量、受压区高度、接头转角的关系弯矩与最大张开量、受压区高度、接头转角的关系曲线图。曲线图。图图3-113-11，1212，13 13 第二组负弯实验不同轴力下弯矩与最大张开量、受压区高第二组负弯实验不同轴力下弯矩与最大张开量、受压区高度接缝转角的关系

28、曲线度接缝转角的关系曲线管片接头实验成果分析管片接头实验成果分析第一组正弯实验不同轴力下实验成果的比较分析第一组正弯实验不同轴力下实验成果的比较分析 :正弯荷载破坏实验中，管片外弧面接头位置正弯荷载破坏实验中，管片外弧面接头位置出现明显的混凝土挤压破坏，随着接头张开量的进出现明显的混凝土挤压破坏，随着接头张开量的进一步增大，由于衔接螺栓的拉伸，使得有预埋套筒一步增大，由于衔接螺栓的拉伸，使得有预埋套筒端，螺栓孔位置混凝土同样出现挤压破坏。由于斜端，螺栓孔位置混凝土同样出现挤压破坏。由于斜螺栓手孔减弱较小，且端肋较厚，手孔位置并未出螺栓手孔减弱较小，且端肋较厚，手孔位置并未出现裂纹。现裂纹。图图

29、3-143-14，1515第一组正弯实验接头张开量测第一组正弯实验接头张开量测 ，破坏形状，破坏形状管片接头实验成果分析管片接头实验成果分析第一组正弯实验不同轴力下实验成果的比较分析第一组正弯实验不同轴力下实验成果的比较分析 :图图3-163-16在竖向荷载较小时，程度荷载为在竖向荷载较小时，程度荷载为3016KN3016KN、4005KN4005KN、4995KN4995KN所对应的曲线都比较平缓，随着竖所对应的曲线都比较平缓，随着竖向荷载的继续增大，不同程度荷载所对应的曲线开向荷载的继续增大，不同程度荷载所对应的曲线开场分开。图场分开。图3-173-17中接头受压区高度在最大张开量为中接头

30、受压区高度在最大张开量为2mm2mm时较数值模拟略大。图时较数值模拟略大。图3-183-18小荷载时，由于加载小荷载时，由于加载安装准确度不高，实验数据较少，实验曲线与数值安装准确度不高，实验数据较少，实验曲线与数值模拟曲线平行，规律一致。模拟曲线平行，规律一致。图图3-163-16，1717，1818第一组正弯实验接头弯矩与最大张开量、受压区高度、接第一组正弯实验接头弯矩与最大张开量、受压区高度、接缝转角关系曲线缝转角关系曲线 管片接头实验成果分析管片接头实验成果分析 抗剪实验结果分析:对于有混凝土端面直接接触的接缝，接头抗剪大部由混凝土端面摩擦承当，对于斜螺栓衔接的接头，接缝接缝剪切破坏方

31、式有能够是螺栓拉坏也有能够是剪坏，因此，以抗剪实验测试混凝土接触面的摩擦系数和检验螺栓的破坏方式。图图3-19 3-19 剪切后接头相对错剪切后接头相对错动情况有螺栓动情况有螺栓&顺剪顺剪图图3-20 3-20 剪切后螺栓情况剪切后螺栓情况1 1有螺栓有螺栓&顺剪顺剪图图3-213-21剪切后螺栓情况剪切后螺栓情况2 2有螺栓有螺栓&顺剪顺剪管片接头实验成果分析管片接头实验成果分析 抗剪实验结果分析:图3-22中并没有出现台阶景象，当剪轴比为0.5时，随着剪力的增大，接缝两侧相对错动量迅速增大。图3-23出现了短暂的台阶景象，此时的相对错动量为6.3mm。图3-24可知，当剪轴比小于0.7，接

32、缝两侧几乎未出现相对错动，当剪轴比超越0.7后，接缝相对错动迅速增大，并当剪力大小与轴力相等时，出现了明显的台阶景象，此时接缝相对错动量为910mm，台阶景象不断延续至剪轴比为1.5左右，以后剪力继续增大，相对错动量增大更为迅速。对比图3-23和图3-24，逆剪出现的平台较短，是由于螺栓孔壁混凝土被压裂产生了位移，使得错动量添加，实践上螺栓才刚开场发生塑性变形。图图3-223-22，2323，24 24 试件接缝相对错动量与剪轴比曲线无螺栓、有螺栓试件接缝相对错动量与剪轴比曲线无螺栓、有螺栓&逆逆剪剪 、有螺栓、有螺栓&顺剪顺剪 管片接头实验成果分析管片接头实验成果分析 抗剪实验结果分析:1、

33、从第1、2组实验数据看，混凝土接触面摩擦系数可取0.53左右，而第3组实验的摩擦系数可取0.58或0.61，这和接触面的平整程度有关；2、从第2、3组实验数据曲线看，错动曲线存在台阶段，这是错动开展过程中螺栓与螺栓孔壁接触并协调受力的过程，在这过程中螺栓孔边缘混凝土很能够会部分破坏；3、从第3组实验数据看，螺栓屈服承载力为536.81kN。4、对比这三组数据看，接缝在发生错动前和发生微小错动时，剪力主要有混凝土接触端面承当，螺栓长细比大，刚度GA/l小，承当的剪力小；当错动增大后螺栓和螺栓孔壁接触时，螺栓的变形有效长度l大大缩短，刚度突增，承当混凝土滑动后的未能承当的剪力。因此在设计时应不思索

34、螺栓的承剪才干。管片接头实验成果分析管片接头实验成果分析 抗剪实验结果分析:对比图3-24可看出接缝两侧相对错动量与衔接螺栓凹槽处最大剪应力规律完全一致。当剪轴比小于0.7，凹槽处所测得螺栓最大剪应力几乎为0，当剪轴比超越0.7后，接缝相对错动迅速增大，所测得的最大剪应力也迅速增大，此时剪应力为140MPa，对应的螺栓剪力为33.51kN,并且此时已出现短暂的台阶景象，当剪轴比到达0.8后，台阶景象更加明显，此时剪应力为250MPa，对应的螺栓剪力为59.83kN，此景象不断延续至剪轴比为1.5左右，并且此时位移曾经不稳定，竖向荷载主要由衔接螺栓剪力和管片接缝滑动摩擦力承当，螺栓屈服，所测位置

35、衔接螺栓开场出现剪切破坏，所测得的最大剪应力接近2000MPa，对应螺栓剪力为478.67kN。同时，经过第三章和第四章的三维、二维数值模拟发现衔接螺栓最大剪应力出现的位置为有预埋套筒端预埋套筒口位置，实验所测得的螺栓凹槽处最大剪应力应略小于衔接螺栓实践的最大剪应力。图图3-25 3-25 衔接螺栓凹槽处最大剪应衔接螺栓凹槽处最大剪应力与剪轴比关系曲线实验值力与剪轴比关系曲线实验值图图3-243-24试件接缝相对错动量与试件接缝相对错动量与剪轴比曲线有螺栓剪轴比曲线有螺栓&顺剪顺剪管片接头数值分析管片接头数值分析 引言引言 纵向接头三维数值模型的建立纵向接头三维数值模型的建立 管片接头力学特性

36、管片接头力学特性 加载实验与数值模拟结果对比分析加载实验与数值模拟结果对比分析本章小结本章小结 引引 言言 引言：引言：分析的主要工程是抗弯刚度曲线，将用于整分析的主要工程是抗弯刚度曲线，将用于整环构造的设计计算；接头最大张开量和接头张开高度，环构造的设计计算；接头最大张开量和接头张开高度，主要用于分析判别隧道接头构造的防水才干；端面混主要用于分析判别隧道接头构造的防水才干；端面混凝土压应力、混凝土压应变和螺栓拉应力，主要用于凝土压应力、混凝土压应变和螺栓拉应力，主要用于分析判别隧道接头构造的承载才干。分析判别隧道接头构造的承载才干。盾构隧道装配式衬砌管片接头力学特性目的分盾构隧道装配式衬砌管

37、片接头力学特性目的分析是一个较为复杂的三维空间问题，既受宏观整体上析是一个较为复杂的三维空间问题，既受宏观整体上的受力特征如轴力和弯矩作用下的构造弯曲影响，的受力特征如轴力和弯矩作用下的构造弯曲影响，还受部分受力特征如接头端面、衔接螺栓、螺栓孔、还受部分受力特征如接头端面、衔接螺栓、螺栓孔、手孔等影响。在较小空间范围内分析由不同资料手孔等影响。在较小空间范围内分析由不同资料如管片混凝土、衔接螺栓、橡胶衬垫组装而成构如管片混凝土、衔接螺栓、橡胶衬垫组装而成构造体的力学特性将不可防止地涉及到行为非线性、面造体的力学特性将不可防止地涉及到行为非线性、面面接触、资料非线性等诸多问题，如何合理正确模面接

38、触、资料非线性等诸多问题，如何合理正确模拟各类资料及构造特性是管片接头三维有限元计算的拟各类资料及构造特性是管片接头三维有限元计算的重点和难点。重点和难点。纵向接头三维数值模型的建立纵向接头三维数值模型的建立 研讨对象研讨对象 ：(1)(1)分块方式分块方式 采用采用9 91 1方式，其分块设计为方式，其分块设计为7B(38.857B(38.85)+2L(38.85)+2L(38.85)+F(10.35)+F(10.35)，一环内纵向，一环内纵向布置布置4242个螺栓，环向个螺栓，环向3030个螺栓，即每个接头布置个螺栓，即每个接头布置3 3个。个。其螺栓均采用斜螺栓，环向螺栓为其螺栓均采用斜

39、螺栓，环向螺栓为M36M36型型8.88.8级，而纵级，而纵向采用向采用M30M30型型8.88.8级。级。(2)(2)管片几何参数管片几何参数 隧道内半径隧道内半径R1R16.65m6.65m 管片厚度管片厚度 h h0.6m0.6m 隧道中心半径隧道中心半径R2R26.95m6.95m 隧道外半径隧道外半径R3R37.25m7.25m纵向接头三维数值模型的建立纵向接头三维数值模型的建立 建模假定与设定检算规范建模假定与设定检算规范 ：(1)(1)管片体是由钢筋混凝土构成的复合资料，具有典管片体是由钢筋混凝土构成的复合资料，具有典型的资料非线性特征，其参数按照型的资料非线性特征，其参数按照

40、2002规定进展取值计算。忽略了由于混凝规定进展取值计算。忽略了由于混凝土端面不够平整所呵斥的应力集中。本章中除特别指土端面不够平整所呵斥的应力集中。本章中除特别指出外，管片体均采用出外，管片体均采用C60C60钢筋混凝土。钢筋混凝土。(2)(2)计算中在接头端面密封槽处设置衬垫单元，其计算中在接头端面密封槽处设置衬垫单元，其他端面部位采用面面接触单元进展模拟。他端面部位采用面面接触单元进展模拟。(3)(3)计算中衔接螺栓与螺栓孔均按采用实践尺寸，计算中衔接螺栓与螺栓孔均按采用实践尺寸，且在衔接螺栓外壁和螺栓孔内侧设置面面接触单元且在衔接螺栓外壁和螺栓孔内侧设置面面接触单元进展模拟。进展模拟。

41、(4)(4)计算选取两相邻规范块及其接头端面为研讨对计算选取两相邻规范块及其接头端面为研讨对象。象。(5)(5)满足施工阶段、正常运转阶段和特殊阶段的强度、满足施工阶段、正常运转阶段和特殊阶段的强度、刚度和耐久性要求，构造变形满足运用要求和防水要刚度和耐久性要求，构造变形满足运用要求和防水要求。求。纵向接头三维数值模型的建立纵向接头三维数值模型的建立 计算单元的选用计算单元的选用 ：计算选用通用有限元计算软件计算选用通用有限元计算软件ANSYSANSYS进展。计算进展。计算过程中选用高精度三维实体单元模拟管片过程中选用高精度三维实体单元模拟管片(Solid65)(Solid65)和工程中用于衔

42、接纳片的衔接螺栓和工程中用于衔接纳片的衔接螺栓(Solid45)(Solid45)；采用；采用只能接受压应力的衬垫单元只能接受压应力的衬垫单元(Inter195)(Inter195)模拟工程中模拟工程中布设于管片接头端面的橡胶止水带和软木衬垫；衔接布设于管片接头端面的橡胶止水带和软木衬垫；衔接螺栓外侧与螺栓孔、螺帽与手孔内侧壁之间设置接触螺栓外侧与螺栓孔、螺帽与手孔内侧壁之间设置接触面，选用面面接触单元进展模拟；工程中常对衔接面，选用面面接触单元进展模拟；工程中常对衔接螺栓施加预紧力以尽早发扬连结螺栓的抗拉和紧固作螺栓施加预紧力以尽早发扬连结螺栓的抗拉和紧固作用，减少管片接头间的张开量和张开高

43、度以加强其防用，减少管片接头间的张开量和张开高度以加强其防水特性，计算中经过在衔接螺栓中部设置预应力单元水特性，计算中经过在衔接螺栓中部设置预应力单元来实现预紧力效应。来实现预紧力效应。计算参数选用计算参数选用：计算参数按计算参数按、实、实践资料参数取值。践资料参数取值。纵向接头三维数值模型的建立纵向接头三维数值模型的建立图图2-72-7、8 8、9 9 钢筋混凝土、衔接螺栓、衬垫资料参数曲线钢筋混凝土、衔接螺栓、衬垫资料参数曲线 有限元模型有限元模型：分别采用实体单元、衬垫密封单元、面分别采用实体单元、衬垫密封单元、面-面接触单面接触单元、预应力单元等建立管片接头三维计算图形及网格元、预应力

44、单元等建立管片接头三维计算图形及网格划分如图划分如图2-11所示。所示。纵向接头三维数值模型的建立纵向接头三维数值模型的建立图图2-11 2-11 管片整体、部分有限元模型图管片整体、部分有限元模型图 荷载施加方式荷载施加方式 ：纵向接头三维数值模型的建立纵向接头三维数值模型的建立LL1FyFyFxFxdL1L图图2-12 2-12 模型加载表示图模型加载表示图 计算工况计算工况 ：鉴于不同的轴力条件下，弯矩与转角关系曲线并鉴于不同的轴力条件下，弯矩与转角关系曲线并不一样，为了较为科学取值，选取了轴力为不一样，为了较为科学取值，选取了轴力为3000kN，4000kN，5000kN，6000kN

45、，7000kN，8000kN，9000kN，七种荷载工况进展计算，施加，七种荷载工况进展计算，施加弯矩根本处于弯矩根本处于-1400kN.m+1400kN.m的范围内。的范围内。并比较了轴力为并比较了轴力为6000kN且弯矩为且弯矩为1100kN.m，轴，轴力为力为7000kN且弯矩为且弯矩为1200 kN.m的荷载工况下螺的荷载工况下螺栓预紧力从栓预紧力从0kN300kN管片接头抗弯刚度等随衔接管片接头抗弯刚度等随衔接螺栓预紧力大小的变化规律和轴力为螺栓预紧力大小的变化规律和轴力为6000kN且弯矩且弯矩为为1100kN.m，轴力为，轴力为7000kN且弯矩为且弯矩为1200 kN.m的荷载

46、工况下管片纵缝接触面摩擦系数从的荷载工况下管片纵缝接触面摩擦系数从0.10.6时管片接头抗弯刚度等的变化情况。时管片接头抗弯刚度等的变化情况。纵向接头三维数值模型的建立纵向接头三维数值模型的建立 管片接头力学特性管片接头力学特性 ：图图3-1和图和图3-2分别为某一荷载下混凝土管片第一、分别为某一荷载下混凝土管片第一、三主应力图和衔接螺栓第一、三主应力图。从图中可三主应力图和衔接螺栓第一、三主应力图。从图中可看出，在管片外弧面止水带位置出现明显的受压形状；看出，在管片外弧面止水带位置出现明显的受压形状；在接头螺栓孔位置应力形状明显；衔接螺栓在预埋套在接头螺栓孔位置应力形状明显；衔接螺栓在预埋套

47、筒末端出现最大拉应力和错动景象。筒末端出现最大拉应力和错动景象。管片接头力学特性管片接头力学特性图图3-1 3-1 混凝土管片第一、三主应力图混凝土管片第一、三主应力图图图3-2 3-2 衔接螺栓第一、三主应力图衔接螺栓第一、三主应力图 正弯荷载下管片接头受力变化规律正弯荷载下管片接头受力变化规律：以下算例分析中在施加弯矩之前依次施加衔接螺以下算例分析中在施加弯矩之前依次施加衔接螺栓预紧力栓预紧力100KN及对应的轴力，接触面摩擦系数均取及对应的轴力，接触面摩擦系数均取0.4。计算中接缝转角由接缝张开量与其对应管片厚度计算中接缝转角由接缝张开量与其对应管片厚度位置曲线进展线性拟合得出，这样计算

48、出的转角相对位置曲线进展线性拟合得出，这样计算出的转角相对来说不会偏小。来说不会偏小。接缝最大张开量为接缝最大张开量为2mm左右时，受压区区高度左右时，受压区区高度占有效高度的占有效高度的6.12%18.35%，小于某些阅历公式，小于某些阅历公式中受压区高度假定。中受压区高度假定。管片接头力学特性管片接头力学特性图图3-33-3、4 4 正弯荷载下弯矩最大张开量、受压区高度关系曲线正弯荷载下弯矩最大张开量、受压区高度关系曲线 正弯荷载下管片接头受力变化规律正弯荷载下管片接头受力变化规律：同一轴力荷载下，弯矩较小时，接头的张开及转同一轴力荷载下，弯矩较小时，接头的张开及转角增长比较缓慢，此时接头

49、抗弯刚度较大；当弯矩继角增长比较缓慢，此时接头抗弯刚度较大；当弯矩继续增大，有效高度位置接头最大张开量接近续增大，有效高度位置接头最大张开量接近2mm左左右时，此时接头张开及转角开场加快，接头抗弯刚度右时，此时接头张开及转角开场加快，接头抗弯刚度变小。但当正弯矩增大到一定程度时，弯矩与转角曲变小。但当正弯矩增大到一定程度时，弯矩与转角曲线出现逐渐上扬趋势。线出现逐渐上扬趋势。混凝土最大拉、压应力在有效高度位置接头最大混凝土最大拉、压应力在有效高度位置接头最大张开量超越张开量超越2mm后均已超越后均已超越C60混凝土轴心抗拉强度混凝土轴心抗拉强度ft2.04MPa、轴心抗压强度设计值、轴心抗压强

50、度设计值fc27.5MPa 和弯曲抗压强度和弯曲抗压强度fcm=1.1fc。此时接头处的受力和开。此时接头处的受力和开裂了的梁的受力有类似之处，都不是全截面受力，而裂了的梁的受力有类似之处，都不是全截面受力，而是部分区域接触受力，因此整个截面不会是一个平面。是部分区域接触受力，因此整个截面不会是一个平面。管片接头力学特性管片接头力学特性图图3-53-5、6 6、7 7正弯荷载下弯矩接缝转角、接缝附近砼第一、三主应力关系曲线正弯荷载下弯矩接缝转角、接缝附近砼第一、三主应力关系曲线 正弯荷载下管片接头受力变化规律正弯荷载下管片接头受力变化规律：计算发现衔接螺栓轴力均未超越计算发现衔接螺栓轴力均未超

51、越6.8级螺栓的屈级螺栓的屈服强度服强度480MPa(对应对应M36螺栓的极限拉力为螺栓的极限拉力为489KN)，并且由表并且由表3-1在张开量为在张开量为2mm时随着轴力荷载的增大时随着轴力荷载的增大螺栓轴力减小，螺栓剪力值大小和其随弯矩荷载的变螺栓轴力减小，螺栓剪力值大小和其随弯矩荷载的变化规律亦如此。同时，在计算中发现衔接螺栓轴力、化规律亦如此。同时，在计算中发现衔接螺栓轴力、剪力和弯矩的最大值均出如今有预埋套筒端预埋套筒剪力和弯矩的最大值均出如今有预埋套筒端预埋套筒口位置，实践工程中此位置螺栓孔设置成喇叭型和预口位置，实践工程中此位置螺栓孔设置成喇叭型和预埋套筒采用非刚性的铁或钢制套筒

52、而是高分子资料制埋套筒采用非刚性的铁或钢制套筒而是高分子资料制成的套筒是合理的。成的套筒是合理的。管片接头力学特性管片接头力学特性图图3-83-8、9 9 正弯荷载下弯矩衔接螺栓轴力、剪力最大值关系曲线正弯荷载下弯矩衔接螺栓轴力、剪力最大值关系曲线 正弯荷载下管片接头受力变化规律正弯荷载下管片接头受力变化规律：图图3-10至图至图3-13为不同轴力荷载程度下弯矩与为不同轴力荷载程度下弯矩与管片接头位置接触面法向、切向应力最大值、法向、管片接头位置接触面法向、切向应力最大值、法向、切向压力关系曲线图。切向压力关系曲线图。管片接头力学特性管片接头力学特性图图3-103-10、1111正弯荷载下弯矩

53、接头位置接触面法、切向应力最大值关系曲线正弯荷载下弯矩接头位置接触面法、切向应力最大值关系曲线图图3-123-12、1313正弯荷载下弯矩接头位置接触面法、切向压力关系曲线正弯荷载下弯矩接头位置接触面法、切向压力关系曲线 负弯荷载下管片接头受力变化规律负弯荷载下管片接头受力变化规律：负弯荷载下不同轴力荷载程度下，接头张开量、负弯荷载下不同轴力荷载程度下，接头张开量、受压区刚度、接头附近混凝土第一、三主应力最大值受压区刚度、接头附近混凝土第一、三主应力最大值等随弯矩的变化规律与正弯荷载情况一致，只是其量等随弯矩的变化规律与正弯荷载情况一致，只是其量值的绝对值有一定的差别，但相差不大，这与衔接螺值

54、的绝对值有一定的差别，但相差不大，这与衔接螺栓合力点在管片厚度中间位置相关。栓合力点在管片厚度中间位置相关。管片接头力学特性管片接头力学特性 螺栓预紧力影响螺栓预紧力影响：由图由图3-24可知，增大衔接螺栓预紧力将使得接头可知，增大衔接螺栓预紧力将使得接头最大张开量减小，且两组正弯工况、两组负弯工况的最大张开量减小，且两组正弯工况、两组负弯工况的变换规律和大小根本一致。变换规律和大小根本一致。由图由图3-25可知只需当预紧力大小改动量到达一定可知只需当预紧力大小改动量到达一定量值时，接头受压区高度才出项阶梯型变化，对于工量值时，接头受压区高度才出项阶梯型变化，对于工况况C，当预紧力该变量到达，

55、当预紧力该变量到达750KN时，接头受压区高时，接头受压区高度出现从接头有效高度的度出现从接头有效高度的12.8%到到19.1%的变化，的变化，预紧力的改动量为此时程度荷载的预紧力的改动量为此时程度荷载的12.5%。由图由图3-30可知，接头抗弯刚度随预紧力的增大而可知，接头抗弯刚度随预紧力的增大而增大，并且在接头受压区高度变化时出现拐点，随后增大，并且在接头受压区高度变化时出现拐点，随后曲线继续坚持为同一趋势。曲线继续坚持为同一趋势。管片接头力学特性管片接头力学特性图图3-243-24、2525、3030预紧力接缝最大张开量、受压区高度、接头抗弯刚度关系曲线预紧力接缝最大张开量、受压区高度、

56、接头抗弯刚度关系曲线 接头接触面摩擦系数影响正弯荷载工况接头接触面摩擦系数影响正弯荷载工况：衔接螺栓最大剪力和接头抗弯刚度随接头接触面衔接螺栓最大剪力和接头抗弯刚度随接头接触面摩擦系数的增大而增大，当增大的幅度很小，其图见摩擦系数的增大而增大，当增大的幅度很小，其图见图图3-34和图和图3-35。在工程设计中应该思索管片接头。在工程设计中应该思索管片接头混凝土摩擦系数在水润、油润形状下会进一步降低，混凝土摩擦系数在水润、油润形状下会进一步降低，不宜取值太大。不宜取值太大。管片接头力学特性管片接头力学特性图图3-343-34、3535接头摩擦系数衔接螺栓最大剪力、抗弯刚度关系曲线接头摩擦系数衔接

57、螺栓最大剪力、抗弯刚度关系曲线 其他要素的影响其他要素的影响：(1)拼装效应的影响拼装效应的影响 在错缝拼装衬砌的受力中，纵缝接头的刚度大小，在错缝拼装衬砌的受力中，纵缝接头的刚度大小，还决议两环之间的本身变形特性差别和由环与环之间还决议两环之间的本身变形特性差别和由环与环之间摩擦产生的内力传送。在错缝拼装原型实验中如图摩擦产生的内力传送。在错缝拼装原型实验中如图3-36，在弯矩较小时，目的还与下半环变形坚持一，在弯矩较小时，目的还与下半环变形坚持一致，随着弯矩添加，在对拉梁附近出现目的环与下半致，随着弯矩添加，在对拉梁附近出现目的环与下半环的相对错动，并且到达一定程度后相对错动量根本环的相对

58、错动，并且到达一定程度后相对错动量根本坚持不变，且不同位置相对变形量不一样，此时下半坚持不变，且不同位置相对变形量不一样，此时下半环与目的环之间纵向衔接螺栓接受较大剪力，这也表环与目的环之间纵向衔接螺栓接受较大剪力，这也表达在实验终了后管片环装配时对拉梁附近下半环与目达在实验终了后管片环装配时对拉梁附近下半环与目的环纵向衔接螺栓很难装配，螺栓出现变形。的环纵向衔接螺栓很难装配，螺栓出现变形。(2)初始张开的影响初始张开的影响 管片接头初始张开的存在容易使接头接触区的管片接头初始张开的存在容易使接头接触区的混凝土压碎；而且初始张开的存在，使得螺栓预紧力混凝土压碎；而且初始张开的存在，使得螺栓预紧

59、力在外荷载加上去后发生损失；假设初始张开比较大，在外荷载加上去后发生损失；假设初始张开比较大，容易使螺栓预紧力将为零，因此施工中当衬砌受荷后，容易使螺栓预紧力将为零，因此施工中当衬砌受荷后，可以思索对螺栓进展二次拧紧，以保证其约束衔接作可以思索对螺栓进展二次拧紧，以保证其约束衔接作用的发扬，防止接头张开扩展，对防水不利。用的发扬，防止接头张开扩展，对防水不利。管片接头力学特性管片接头力学特性图图3-36 3-36 目的环与下半环相邻位置相对位移与荷载关系曲线目的环与下半环相邻位置相对位移与荷载关系曲线加载实验与数值模拟结果对比分析：加载实验与数值模拟结果对比分析：1、在接头有效高度位置，接头最

60、大张开量为、在接头有效高度位置，接头最大张开量为2mm时，所对应的接头抗弯刚度都处于时，所对应的接头抗弯刚度都处于110MN.M/Rad至至240MN.M/Rad范围内，负弯工况时抗弯刚度值均要范围内，负弯工况时抗弯刚度值均要小于正弯工况，但相差不大；小于正弯工况，但相差不大；2、实测曲线与计算曲线大致平行线，即切线刚度接、实测曲线与计算曲线大致平行线，即切线刚度接近，割线刚度一样荷载工况时加载实验值要略小于数近，割线刚度一样荷载工况时加载实验值要略小于数值模拟值；值模拟值；3、数值模拟思索了、数值模拟思索了100KN的螺栓预紧力，而且有的螺栓预紧力，而且有限元的计算实际及网格划分的要素，计算

61、位移值偏小，限元的计算实际及网格划分的要素，计算位移值偏小，刚度比实践大。实验中量测系统容易受干扰位移精刚度比实践大。实验中量测系统容易受干扰位移精度要求度要求0.01mm等级，位移值偏大，刚度偏小，且等级，位移值偏大，刚度偏小，且没有施加衔接螺栓预紧力。没有施加衔接螺栓预紧力。4、接触面精度、接触面精度0.5mm，取决于钢板或钢模的平，取决于钢板或钢模的平整度小于位移精度要求、螺栓未完全拧紧，使得加整度小于位移精度要求、螺栓未完全拧紧，使得加载实验初始段曲线难以准确测得，观看载实验初始段曲线难以准确测得，观看错缝拼装错缝拼装原型实验，实践拼装后两接触面也不完全密贴。原型实验，实践拼装后两接触

62、面也不完全密贴。5、实践工程设计建议在两曲线之间取值。、实践工程设计建议在两曲线之间取值。加载实验与数值模拟结果对比分析加载实验与数值模拟结果对比分析图图3-373-37、38 38 荷载实验、数值模拟接头转角弯矩关系曲线荷载实验、数值模拟接头转角弯矩关系曲线 本章小结：本章小结：1、在接头有效高度位置最大张开量为、在接头有效高度位置最大张开量为2mm时，正、时，正、负弯矩工况下接头抗弯刚度坚持在负弯矩工况下接头抗弯刚度坚持在110MN.M/Rad240MN.M/Rad范围内，且正、负弯矩工况相差不大，范围内，且正、负弯矩工况相差不大，其差别主要缘由是由于螺栓位置上下不对称和两管片其差别主要缘

63、由是由于螺栓位置上下不对称和两管片体中螺栓长度的不一致引起的；体中螺栓长度的不一致引起的；2、接头受力后接头面的外形并非像假设中的两个平、接头受力后接头面的外形并非像假设中的两个平面，而是从受压区平面到脱离区平面的一个过度曲面，面，而是从受压区平面到脱离区平面的一个过度曲面，因此接头的转角不能直接用张开量除以管片厚度与受因此接头的转角不能直接用张开量除以管片厚度与受压区高度之差；压区高度之差；3、在有限高度位置最大张开量为、在有限高度位置最大张开量为2mm左右时，接左右时，接头受压区高度占有效高度的头受压区高度占有效高度的6.12%19.15%，接头，接头位置荷载偏心矩为位置荷载偏心矩为0.1

64、7m0.23m，小于某些阅历公，小于某些阅历公式中受压区高度假定；式中受压区高度假定；4、接头附近混凝土最大拉、压应力在有效高度位置、接头附近混凝土最大拉、压应力在有效高度位置接头最大张开量超越接头最大张开量超越2mm后均已超越后均已超越C60混凝土轴心混凝土轴心抗拉强度、抗压强度设计值和弯曲抗压强度。这提示抗拉强度、抗压强度设计值和弯曲抗压强度。这提示在正弯荷载下对外弧面不设传力衬垫的接头而采用平在正弯荷载下对外弧面不设传力衬垫的接头而采用平截面假定是有欠合理的，必定会带来不合理的误差；截面假定是有欠合理的，必定会带来不合理的误差；等等。等等。本章小结本章小结 本章小结：本章小结：5、在有效

65、高度位置接头最大张开量为、在有效高度位置接头最大张开量为2mm左右时，左右时，衔接螺栓轴力均未超越衔接螺栓轴力均未超越6.8级螺栓的屈服强度。同时，级螺栓的屈服强度。同时，在计算中发现衔接螺栓轴力、剪力和弯矩的最大值均在计算中发现衔接螺栓轴力、剪力和弯矩的最大值均出如今有预埋套筒端预埋套筒口位置；出如今有预埋套筒端预埋套筒口位置；6、在其他要素不变情况下，接头抗弯刚度、衔接螺、在其他要素不变情况下，接头抗弯刚度、衔接螺栓最大轴力、接头接触面法向压力随预紧力的增大而栓最大轴力、接头接触面法向压力随预紧力的增大而增大；受压区高度随预紧力增大成阶梯型增大；接头增大；受压区高度随预紧力增大成阶梯型增大

66、；接头附近混凝土最大压应力、接头接触面最大法向应力随附近混凝土最大压应力、接头接触面最大法向应力随预紧力增大而减小。在其他要素不变情况下，改动接预紧力增大而减小。在其他要素不变情况下，改动接头接触面摩擦系数，对数值模拟结果影响不大；头接触面摩擦系数，对数值模拟结果影响不大；7、在错缝拼装衬砌的受力中，纵缝接头的刚度大小，、在错缝拼装衬砌的受力中，纵缝接头的刚度大小，还决议两环之间的本身变形特性差别和由环与环之间还决议两环之间的本身变形特性差别和由环与环之间摩擦产生的内力传送，接头刚度的大小也直接影响着摩擦产生的内力传送，接头刚度的大小也直接影响着错缝拼装衬砌的环间剪力传送和弯矩分配。管片接头错缝拼装衬砌的环间剪力传送和弯矩分配。管片接头初始张开的存在使得螺栓预紧力在外荷载加上去后发初始张开的存在使得螺栓预紧力在外荷载加上去后发生损失；因此施工中当衬砌受荷后，可以思索对螺栓生损失；因此施工中当衬砌受荷后，可以思索对螺栓进展二次拧紧；进展二次拧紧；8、一样荷载工况时加载实验所对应的抗弯刚度系数、一样荷载工况时加载实验所对应的抗弯刚度系数要略小于数值模拟所对应的抗弯刚度系数，但总体上要略小于