【《接头抗弯刚度对排水盾构隧道衬砌力学性能的影响分析》2400字】

接头抗弯刚度对排水盾构隧道衬砌力学性能的影响分析目录TOC\o"1-3"\h\u5908接头抗弯刚度对排水盾构隧道衬砌力学性能的影响分析 1156451.1接头刚度对结构轴力的影响 111071.2接头刚度对结构弯矩的影响 677271.3接头刚度对结构变形的影响 101.1接头刚度对结构轴力的影响接头刚度为10MN·m·rad-1与100MN·m·rad-1时，结构内水压在0MPa和0.4MPa条件下的结构轴力情况如图4-6、4-7所示。（a）管片轴力（内水压0MPa）（b）管片轴力（内水压0.4MPa）（c）二衬轴力（内水压0MPa）（d）二衬轴力（内水压0.4MPa）图4-6Kθ=10MN·m·rad-1时结构轴力计算云图（单位：N）（a）管片轴力（内水压0MPa）（b）管片轴力（内水压0.4MPa）（c）二衬轴力（内水压0MPa）（d）二衬轴力（内水压0.4MPa）图4-7Kθ=100MN·m·rad-1时结构轴力计算云图（单位：N）从上面的计算云图中我们可以看到结构轴力的变化规律基本一致，管片与二衬轴压力最大值出现在隧道拱腰附近，管片与二衬轴压力最小值（或轴拉力最大值）出现在隧道拱顶或拱底附近，其计算结果汇总如表4-3所示。表4-3不同接头刚度与不同内水压条件下的轴力极值汇总接头抗弯刚度Kθ（MN·m·rad-1）内水压Pw（MPa）管片（kN）二衬（kN）最大轴力最小轴力最大轴力最小轴力100-418.73-211.71-31.562.030.4-186.4729.66196.90231.27400-429.59-235.95-31.571.860.4-200.457.95196.51233.45700-432.98-241.74-31.601.850.4-201.91.25196.38232.891000-435.61-241.08-31.641.810.4-208.28-3.98196.18231.75（a）管片最大轴压力（b）管片最小轴压力图4-8不同Kθ条件下的管片轴力极值变化曲线（a）二衬最大轴拉力（b）二衬最小轴拉力图4-9不同Kθ条件下的二衬轴力极值变化曲线由图4-8可得，当其他条件相同时，随着抗弯刚度Kθ增大，管片最大轴力增大，管片最小轴力增大。结构无内水压时，Kθ=10MN·m·rad-1的管片最大轴力为-418.73kN，最小轴力为-211.71kN，Kθ=100MN·m·rad-1的管片最大轴力为-435.61kN，上升16.88kN，增幅1.03%，最小轴力为-241.08kN，上升29.37kN，增幅13.68%。当结构内水压为0.4MPa时，Kθ=10MN·m·rad-1的管片最大轴力为-186.36kN，最小轴力为29.66kN，Kθ=100MN·m·rad-1的管片最大轴力为-208.28kN，上升21.92kN，增幅11.76%，最小轴力为-3.98kN，上升33.64kN，增幅113.42%。随着Kθ由10MN·m·rad-1增大到100MN·m·rad-1，管片最大轴力值逐渐增大，最小轴力值逐渐增大，且在Kθ=10~40MN·m·rad-1之间时，管片轴力变化较快。另外相对于无内水压的情况，内水压0.4MPa时管片轴力对Kθ值改变更为敏感。由图4-9可得，无内水压时，随着Kθ由10MN·m·rad-1增大到100MN·m·rad-1，二衬最大轴拉力由2.03kN下降到1.81kN，减小0.22kN，二衬最小轴拉力由-31.56kN上升到-31.64kN，减小0.08kN。内水压为0.4MPa时，随着Kθ由10MN·m·rad-1增大到100MN·m·rad-1，二衬最大轴拉力由231.27kN下降到231.75kN，减小2.52kN，二衬最小轴拉力由196.90kN上升到196.18kN，减小0.72kN。随着Kθ由10MN·m·rad-1增大到100MN·m·rad-1，二衬轴力的变化量范围为0.08kN~2.52kN，二衬轴力受Kθ值改变的影响较小。1.2接头刚度对结构弯矩的影响接头刚度为10MN·m·rad-1与100MN·m·rad-1时，结构内水压为0MPa和0.4MPa的结构弯矩情况如图4-10、4-11所示。（a）管片弯矩（内水压0MPa）（b）管片弯矩（内水压0.4MPa）（c）二衬弯矩（内水压0MPa）（d）二衬弯矩（内水压0.4MPa）图4-10Kθ=10MN·m·rad-1时结构弯矩计算云图（单位：N·m）（a）管片弯矩（内水压0MPa）（b）管片弯矩（内水压0.4MPa）（c）二衬弯矩（内水压0MPa）（d）二衬弯矩（内水压0.4MPa）图4-11Kθ=100MN·m·rad-1时结构弯矩计算云图（单位：N·m）从上面的计算云图中我们可以看到，不同抗弯刚度以及内水压条件下，结构弯矩的变化规律没有明显变化，结构管片与二衬的最大正弯处位于拱顶（拱底）附近，最大负弯处位于拱腰附近。将不同接头刚度与不同内水压条件下的计算结果汇总，得到表4-4。表4-4不同接头刚度条件下的弯矩极值汇总接头抗弯刚度Kθ（MN·m·rad-1）内水压（MPa）管片（kN·m）二衬（kN·m）最大正弯矩最大负弯矩最大正弯矩最大负弯矩10049.46-50.776.96-6.390.449.09-50.326.70-6.0140062.73-55.836.90-6.410.462.32-55.366.66-6.0570066.88-56.966.90-6.410.466.42-56.496.66-6.04100067.38-57.576.90-6.400.468.82-57.126.66-6.03（a）正弯矩（b）负弯矩图4-12不同Kθ条件下的管片最大弯矩变化曲线（a）正弯矩（b）负弯矩图4-13不同Kθ条件下的二衬最大弯矩变化曲线由图4-12可知，结构无内水压时，Kθ=10MN·m·rad-1的管片最大正弯矩为49.46kN·m，最大负弯矩为-50.77kN·m，Kθ=100MN·m·rad-1的管片最大正弯矩为67.38kN·m，上升了17.92kN·m，增幅36.23%，最大负弯矩为-57.57kN·m，上升了6.80kN·m，增幅13.39%。内水压为0.4MPa时，管片弯矩变化与无内水压时的相似。可得其他条件相同时，随着Kθ由10MN·m·rad-1增大到100MN·m·rad-1，管片最大弯矩值逐渐减小，且在Kθ=10~40MN·m·rad-1之间时，管片弯矩变化剧烈。另外由图4-13可得当结构无内水压时，Kθ=10MN·m·rad-1的二衬最大正弯矩为6.96kN·m，最大负弯矩为-6.39kN·m，Kθ=100MN·m·rad-1的二衬最大正弯矩为6.90kN·m，减小0.06kN·m，降幅0.86%，最大负弯矩为-6.40kN·m，减小0.01kN·m，降幅0.16%。内水压为0.4MPa的二衬弯矩变化规律与无内水压时的相似，Kθ的改变对二衬弯矩值影响很小。1.3接头刚度对结构变形的影响接头刚度为10MN·m·rad-1与100MN·m·rad-1时，结构内水压为0MPa和0.4MPa的结构变形如图4-14、4-15所示。（a）内水压为0MPa（b）内水压为0.4MPa图4-14接头刚度为10MN·m·rad-1时管片变形云图（单位：m）（a）内水压为0MPa（b）内水压为0.4MPa图4-15接头刚度为100MN·m·rad-1时管片变形云图（单位：m）由图4-14、4-15可得，在不同结构抗弯刚度条件下，结构管片与二衬的变形规律基本一致，均为压扁椭圆变形，最大变形出现在拱底接缝处。随着管片接头抗弯刚度Kθ的增大，结构整体刚度变大，结构变形量逐渐减小。将计算得到的最大变形量汇总到表4-5。表4-5不同Kθ条件下的结构最大变形量(单位：mm)接头抗弯刚度Kθ（MN·m·rad-1）不同内水压下的结构最大变形量0MPa0.1MPa0.2MPa0.3MPa0.4MPa102.092.072.052.032.01402.022.011.991.971.95701.991.971.951.931.911001.971.951.931.911.89图4-16不同接头抗弯刚度条件下结构最大变形量变化曲线由图4-16可以看到，管片接头抗弯刚度值一定时，结构最大变形量随着内水压的增大而减小，而当内水压一定时，接头抗弯刚度越大，结构最大变形量越小。无内水压条件