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现代隧道技术 2017, Vol. 54 Issue (6) :143-180    DOI:
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卸载工况下盾构隧道结构承载性能数值模拟分析
(同济大学结构工程与防灾研究所,上海 200092)
Numerical Simulation of the Bearing Capacity of a Shield Tunnel Structure in Unloading Conditions
(Research Institute of Structural Engineering and Disaster Reduction, Tongji University, Shanghai 200092)
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摘要 周边卸载导致的隧道横向大变形对地铁的正常运营与安全使用产生严重影响,对于隧道结构从周边卸载开始直至破坏的全过程,需要发展一种高效并能保证精度的数值模拟方法。文章首先进行不同接头刚度下衬砌环的内力及变形数值分析,表明管片接头刚度值对衬砌环轴力分布及大小影响很小,可以先使用相对简单的等刚度圆环法计算得到管片接缝处的轴力值,再将此预分析轴力值作为确定接头抗弯弹簧弯曲刚度曲线的轴力值,用三维直梁实体单元进行精细分析得到不同轴力下的管片接头抗弯刚度模型。最后将接头抗弯刚度模型参数赋给二维梁-弹簧模型中的弹簧参数,运用二维梁-弹簧法计算得到衬砌结构各级荷载下的内力和变形。该方法得到的数值模拟结果与试验结果一致,全过程数值分析表明:在侧向压力卸载过程中,接头截面处弯矩不断增大、轴力不断减小,各接头处抗弯刚度快速下降,最终结构达到破坏状态。
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关键词:   
Abstract: The large horizontal deformation of lining rings caused by adjacent unloading has a serious impact on the security and normal operation of a tunnel structure, so an efficient and highly accurate method must be developed to simulate the whole process from unloading to failure. A numerical simulation of the internal force and deformation of the lining ring for different joint stiffnesses indicates that joint stiffness has little effect on the axial force distribution and magnitude of the lining ring, so the axial force of the segment joint is calculated using the equivalent stiffness ring method, which is used to determine the bending stiffness curve of the bend-resistant spring. A fine analysis is performed using the three-dimensional straight beam solid element method and a bending stiffness model for the segment joint under different axial forces is obtained. Parameters for the bending-stiffness model are used as the pa? rameters for the spring of the two-dimensional beam-spring model, and the internal force and deformation of the lining structure under different load levels is calculated by the two-dimensional beam-spring method, with results that are consistent with those of the experiment. A whole-process numerical analysis shows that the bending moment increases and the axial force decreases continuously at the joint section with the bending stiffness of the joints during the unloading process, with the bending stiffness at the joint decreasing rapidly and the structure reaching a state of failure.
KeywordsShield tunnel,   Lining structure,   Joint stiffness,   Beam-spring model     
基金资助:

基金项目:上海市科学技术委员会重大科技攻关项目(11231201400).

作者简介: 作者简介:鲁 亮(1969-),男,博士,副教授,主要从事结构试验技术、工程结构抗震性能研究等工作,E-mail:95010@tongji.edu.cn.
引用本文:   
.卸载工况下盾构隧道结构承载性能数值模拟分析[J]  现代隧道技术, 2017,V54(6): 143-180
.Numerical Simulation of the Bearing Capacity of a Shield Tunnel Structure in Unloading Conditions[J]  MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY, 2017,V54(6): 143-180
链接本文:  
http://www.xdsdjs.com/CN/      或     http://www.xdsdjs.com/CN/Y2017/V54/I6/143
 
没有本文参考文献
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