考虑接头尺寸效应的隧道管片设计优化研究

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1、同济大学土木工程学院硕士学位论文考虑接头尺寸效应的隧道管片设计优化研究姓名：李克先申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：廖少明20080301摘要本文对现有隧道衬砌结构的接头设计理论进行了介绍，总结了近年来盾构法隧道管片接头的研究和使用情况。在此基础上，对接头几何形式进行分析概括，总结提炼出用于本课题的三种计算分析模型。即平接头、方形榫槽接头和弧形榫槽接头。对其在承受各种荷载组合作用下的力学特性做了系统的研究。通过采用有限元分析研究其中的规律，给出了接头张开值、接头错动位移随外力及接头几何尺寸变化的曲线。得

2、到了不同几何尺寸下接头抗剪强度、抗弯刚度的主要影响因素。并通过数据拟合的方法给出数值计算公式。在数值研究的基础之上，通过对接头受力分析的详细研究，建立起与接头几何尺寸有关的管片接头的抗弯刚度公式，公式中考虑了螺栓预应力的存在。并通过简单的计算程序，得出接头抗弯刚度、抗剪强度等与接头尺寸及外力大小的关系曲线。并与数值计算的结果进行了对比。分析表明，方形榫槽和弧形榫槽的存在对接头的抗剪性能有较大程度的变化，使其在滑动抗剪阶段抵抗变形的能力得到较大程度提升，并且弧形榫槽还能降低应力集中的水平。榫槽的存在对接头在较高剪

3、力时的抗弯性能也有较大的改变。最后在同一荷载水平下通过理论与数值计算的途径对接头的几何参数进行了优化分析，得出几何参数改变对接头刚度影响的变化曲线，并给出一定的优化方案。关键词：盾构法隧道，管片，抗弯刚度，优化设计，抗剪强度，尺寸效应AbstractABSTRACTInthepresentdissertation，thetechnicaldevelopingtunnelandthetheoriesoftunnelliningdesignhistoryareintroduced．Applicationandres

4、earchofsegmentinrecentyearsarealsosummarized．Baseonthis，themechanicalcharacteristicsofplanesegmentjoint，segmentjointwithrectangletenonandsegmentjointwithcircletenonareanalyzedentirelybyFEMmethodwithloadN+MorN+VThroughtheresearchofN+Mload，thecurvefunctionofop

5、enangelandappendingMuntildestroyingisgiven，throughthistherelationshipofbendingrigidity-Miscalculated．Thedistributionofpressstressisprovidedtoo．ThroughtheresearchofN+Vload，theO．1l'VefunctionofthechangingoftherelativepositionsofthetwopartofjointandappendingVun

6、tildestroyingisgiven，throughthiscurvetherelationshipofbendingrigidity-Miscalculated．Thedistributionofshearingstrengthisprovidedtoo．Studyingofsegmentjoint’SmechanicalcharacteristicshowedthatthetenonhasgreaterinfluencewithresistingshearingforceVandmomentM．Taki

7、ngjointsasmechanicalcomponents，referencingtheideaofmachineryoptimization．OptimizationDesignmoduleofANSYSisutilizedtoanalysisgeometricparameterjoint’Sbufferortenon．Relationshipofgeometricparametersconsideringtheintensity,rigidityandstressconcentrationdegreeis

8、thenpresented．KeyWords：shield-tunnel，segment，joint，stiffness，intensity，optimizationdesign，stressconcentrationII学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷