浅谈装配整体式双层衬砌接头荷载试验与结构计算理论——南北北调中线穿黄隧洞结构计算模型研究

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1、同济大学博士学位论文装配整体式双层衬砌接头荷载试验与结构计算理论——南北北调中线穿黄隧洞结构计算模型研究姓名：张厚美申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：夏明耀2000.5.1摘要目前，在盾构隧道中采用二次衬砌的工程还很少，大多数情况下，二次衬砌的内力计算在设计中被省略，作为承载结构的二次衬砌的受力计算方法还不成熟。穿黄隧洞是南水北凋中线总干渠上穿越黄河的水工输水隧洞，隧洞使用双层衬砌结构。由于内衬要承受内水压力作用，如何评价双层衬砌相互作用是设计的关键问题．本文在前人大量研究的基础上，开展了具体研究工作烈简要思路如

2、下：在广泛进行资料调研后，从衬砌接头荷载试验入手，通过对大量试验数据的整理、分析，对接头的受力机理和接缝受力与变形规律有了较深刻的认识．在此基础上，抽象出接头的力学模型+对接头的荷载试验进行数值模拟，建立了接头抗弯刚度的理论评价方法和双层衬砌接头的相互作用模型，并用试验数据对模型的正确性和准确度进行对比验证：将管片接头试验和双层衬砌接头试验中建立的接头力学模型推广应用到整环衬砌受力计算中，从而得到了圆形装配式一次衬砌的计算模型和装配整体式双层衬砌的受力计算模型。本文完成的主要研究工作如下：(1)对大量试验数据进行分析处理

3、，总结了管片接头荷载试验的各种实测数据的变化规律，提出了接头抗弯刚度的经验计算公式。(2)根据预制式管片接头的构造特点，抽象出接头的力学模型，建立了接头抗弯刚度的数值模拟模式和装配武一次衬砌整环受力计算的梁一非线性弹簧模型．该模型能够反映接头刚度随接头内力的动态变化，计算结果与实际情况更接近．(3)推导了根据实测钢筋应力计算双层衬砌截面内力分配的公式．根据双层衬砌接合面结构处理方式的不同，提出7三种双层衬砌相互作用模型，并用试验结果对模型的准确性进行了验证，同时还对模型参数的合理取值进行了探讨．(4)对于装配整体式双层衬

4、砌，根据外管片施工后外部水土压力达到稳定时间长短的不同，提出了两种荷载叠加模型；研究了双层衬砌顶拱具有初始缝隙的内力计算方法，并对不同模型的计算结果进行了对比。(5)根据Saenz公式将混凝土本构模型简化为双折线线性强化弹塑性模型，推导了混凝土弹塑性参数的计算公式。应用Algot99结构分析通用有限元软件对外管片接头进行了线弹性和弹塑性三维有限元分析。(6)编制了各种计算模型的有限元分析程序，应用所编程序对穿黄遂洞一次衬砌结构和装配整体式双层衬砌结构的受力进行了计算，给出了穿黄遂洞典型计算剖面各种工况组合的衬砌内力计算结

5、果-、[关键词]接头试验，盾构隧道，一次衬砌，二二次衬砌，力学模型，数值模拟有限元分析，穿黄隧洞、IAbstractAtpresent，thesecondaryliningsofshieldtunnelsarescarcelyused．theinteriorstresscalculationisusuallyomittedinmostcases．thusthemechanicalcalculationmethodofthesecondaryliningwhichareusedasbearingstructureareno

6、tmature．TheYeIlowRivercrossingtunnelishydraulictunnel；itisoftwo．1ayerstructureHowtoevaluatetheinteractionbetweentheprimaryliningsandthesecondaryliningisthekeyproblemThemainplotofthisthesisisasfoIlows：Atiertheanalysisandreductionofexperimentaldatafromloadingtestof

7、liningioint，thebearingmechanism&deformationIaWSofjointareclarifiedinmindThemechanicalmodelisbuiltandthenumericaIsimulationontheloadingtestofiointhasbeenconducted，furthermorethetheoreticaIevaluationmethodofiointstifinessandtheinteractionmodelsoftwo．1ayerliningsare

8、given．moreovertheverificationandcontfasthavebeenconductedontherightheSSandprecisenessbythetestdata．Theiointmechanicalmodelhasbeenappliedtothecalculationofthesh