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矩形管片隧道纵向等效抗弯刚度与抗弯性能研究
1
作者 刘颖彬 廖少明 +2 位作者 李志义 钟铧炜 滕政伟 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期1823-1833,共11页
基于等效连续化模型,推导了矩形管片隧道在任意压弯组合状态下的纵向等效抗弯刚度计算方法,并针对矩形管片隧道的特点,对4种不同中性轴位置的等效抗弯刚度计算方法分别进行了讨论。在此基础上,进一步分析了压弯比、宽厚比、螺栓个数以... 基于等效连续化模型,推导了矩形管片隧道在任意压弯组合状态下的纵向等效抗弯刚度计算方法,并针对矩形管片隧道的特点,对4种不同中性轴位置的等效抗弯刚度计算方法分别进行了讨论。在此基础上,进一步分析了压弯比、宽厚比、螺栓个数以及截面形状等关键设计参数对抗弯刚度的影响,并给出了4种中性轴位置转变对应的临界压弯比。研究结果表明:隧道纵向抗弯刚度有效率随着压弯比、螺栓的个数以及环宽厚比的增大而增大,而随着截面宽厚比和宽高比的增大而减小。中性轴的位置不仅仅与截面的尺寸以及材料属性相关,还与压弯比的大小有关。临界压弯比随着截面宽厚比的增大而减小,且对截面形状变化表现敏感。上述结论对于矩形管片的优化选型及设计计算具有重要理论参考价值。 展开更多
关键词 矩形盾构隧道 等效连续化模型 等效抗弯刚度 纵向抗弯性能
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类矩形装配式地铁车站纵向等效抗弯刚度研究 被引量：1
2
作者 黄林冲 蒋凯 +3 位作者 梁禹 张燕丽 丁泽 杜风华 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1554-1566,共13页
类矩形装配式地铁车站纵向等效抗弯刚度是衡量其力学行为的重要参数,对于构件结构设计、抗弯承载能力验算具有重要作用。为了分析地铁车站纵向抗弯性能及其影响因素,根据等效连续梁的转角计算公式,得出了纵向等效抗弯刚度(EI)eq及纵向... 类矩形装配式地铁车站纵向等效抗弯刚度是衡量其力学行为的重要参数,对于构件结构设计、抗弯承载能力验算具有重要作用。为了分析地铁车站纵向抗弯性能及其影响因素,根据等效连续梁的转角计算公式,得出了纵向等效抗弯刚度(EI)eq及纵向等效抗弯刚度有效率η的隐式表达式。通过截面参数分析,探讨了构件长度对中性轴距离c值、等效抗弯刚度有效率η值、截面最大应力的影响;研究了上下圆弧块厚度、曲率半径、圆心角及半短轴长b值对装配式构件截面上的最大应力的影响规律;为了反映装配式车站环缝实际作用范围,引入了环缝影响系数λ,拓展了类矩形装配式衬砌纵向等效连续化模型。研究结果表明:不同构件长度下截面应力分布状态及η值保持不变,且弯矩方向对其影响较小。在弯矩不变的前提下截面最大应力受半短轴长b值影响较大。当顶板块厚度t1处于0.6~2 m范围时,截面最大拉应力随半短轴长b增加而降低6.8%~9.3%;当底板块厚度t3处于0.6~2 m范围时,随着半短轴长b增加,截面最大压应力降低62.5%~63.6%。随着λ由0增加到1,纵向等效抗弯刚度有效率η由1降低到0.05%且变化趋势逐渐降低,与纵向等效连续化模型计算结论一致。本文研究结论对于装配式地铁车站预制构件结构设计及抗弯承载能力验算可提供有效参考。 展开更多
关键词 类矩形装配式地铁车站 纵向等效连续化模型 中性轴位置 纵向等效抗弯刚度 环缝影响范围
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双圆盾构隧道结构纵向等效抗弯刚度解析解
3
作者 章源 梁荣柱 +4 位作者 李忠超 王舒敏 吴文兵 范默涵 蒋熙 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第12期2077-2088,共12页
在邻近施工的作用下,双圆盾构隧道会发生纵向不均匀位移;而双圆盾构隧道的纵向等效抗弯刚度是表征其纵向抗弯性能的重要力学参数,也是预测外部荷载作用下双圆盾构隧道纵向变形的关键参数。为保障双圆盾构隧道结构安全,对双圆盾构隧道的... 在邻近施工的作用下,双圆盾构隧道会发生纵向不均匀位移;而双圆盾构隧道的纵向等效抗弯刚度是表征其纵向抗弯性能的重要力学参数,也是预测外部荷载作用下双圆盾构隧道纵向变形的关键参数。为保障双圆盾构隧道结构安全,对双圆盾构隧道的纵向受力变形进行预测。基于纵向等效连续化模型,考虑螺栓预紧力的作用和环缝影响范围的影响,推导得到双圆盾构隧道的纵向等效抗弯刚度解析解。结合双圆盾构隧道截面的特点,分别考虑中性轴位于上部边缘、上部双拱、腰部和下部双拱的4种情况,并给出界限弯矩表达式。以国内首条双圆盾构隧道为例,分析弯矩、螺栓预紧力和环缝影响范围对双圆盾构隧道纵向抗弯性能的影响。研究表明:1)当存在螺栓预紧力时,纵向等效抗弯刚度随着外部弯矩增加而呈现“反S”形态下降,并最终趋于无预紧力条件下的隧道纵向等效抗弯刚度值。2)中性轴位置亦非固定位置,随着外部弯矩增加,中性轴逐渐下移;且当外部弯矩小于环缝启动弯矩时,隧道的纵向抗弯刚度与均质隧道抗弯刚度一致。3)当环缝长度影响系数小于1时,中性轴位置始终保持不变,但纵向等效抗弯刚度有效率随着环缝作用区系数增大而迅速下降;当环缝长度影响系数大于1时,中性轴上移,管片受压范围增大,随着环缝作用区系数增大,纵向等效抗弯刚度有效率值缓慢减小并趋于一个定值。4)增大螺栓预紧力,环缝张开启动弯矩随之增大,隧道的抗弯刚度衰减更慢,同时中性轴位置上移,管片受压范围扩大。 展开更多
关键词 双圆盾构隧道 纵向等效抗弯刚度 环缝影响范围 解析解 螺栓预紧力 纵向等效抗弯刚度有效率
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类矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度解析解 被引量：17
4
作者 梁荣柱 王凯超 +4 位作者 黄亮 孙廉威 李忠超 张莉 吴小建 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期212-223,共12页
结合类矩形盾构隧道截面特点,分别对中性轴位于截面上部边缘(环缝完全闭合)、截面上拱部、截面腰部和截面下拱部4种情况进行分析,并进一步考虑螺栓预紧力和环缝影响范围,推导得到类矩形盾构隧道的纵向等效抗弯刚度解析解,并对影响纵向... 结合类矩形盾构隧道截面特点,分别对中性轴位于截面上部边缘(环缝完全闭合)、截面上拱部、截面腰部和截面下拱部4种情况进行分析,并进一步考虑螺栓预紧力和环缝影响范围,推导得到类矩形盾构隧道的纵向等效抗弯刚度解析解,并对影响纵向等效刚度的相关因素进行探究。研究表明:当施加弯矩小于环缝启动弯矩时,环缝全部闭合,等效纵向抗弯刚度有效率为1,中性轴位于截面上部外缘;随着弯矩进一步增加,环缝逐渐张开,同时中性轴位置逐步下移,等效纵向抗弯刚度减小;纵向等效抗弯刚度有效率随环缝作用区系数增大呈现先迅速下降而后缓慢减小的趋势;螺栓预紧力越大,纵向等效刚度越大,中性轴位置随之上移;随宽高比增大,等效纵向抗弯刚度有效率逐渐下降,中性轴位置随之下移,并在中性轴位置角与小圆弧圆心角相等时出现转折点。 展开更多
关键词 类矩形盾构隧道 等效抗弯刚度 等效抗弯刚度有效率 螺栓预紧力 中性轴
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考虑横向性能的盾构隧道纵向非线性等效抗弯刚度计算模型 被引量：10
5
作者 王祖贤 施成华 +3 位作者 龚琛杰 曹成勇 彭铸 孙影杰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1295-1308,共14页
纵向等效抗弯刚度是采用等效连续化模型进行盾构隧道纵向结构分析的关键参数,其在纵向轴力和弯矩耦合作用下具有明显的非线性特征。在既有盾构隧道非线性抗弯刚度理论的基础上,考虑盾构隧道的横向变形特征,建立考虑盾构隧道横向性能的... 纵向等效抗弯刚度是采用等效连续化模型进行盾构隧道纵向结构分析的关键参数,其在纵向轴力和弯矩耦合作用下具有明显的非线性特征。在既有盾构隧道非线性抗弯刚度理论的基础上,考虑盾构隧道的横向变形特征,建立考虑盾构隧道横向性能的纵向非线性等效抗弯刚度计算模型,基于椭圆积分严格推导纵向轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道在环缝完全闭合、半张开和完全张开3种变形模式下的纵向等效抗弯刚度,并根据中性轴位置方程得到各弯曲模式的临界轴力和弯矩判据,通过与既有解析模型计算结果、模型试验数据和数值计算结果的对比验证了所提出的模型的可靠性。采用该模型开展了纵向轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道横向性能对其纵向刚度的影响分析,讨论了理论模型构建时非严格椭圆积分推导的计算误差,并基于该模型提出了附加荷载作用下盾构隧道横纵向变形的耦合分析方法。研究结果表明:该模型的解析推导是准确可靠的;盾构隧道的纵向等效抗弯刚度与其横向刚度密切相关,且为正相关;在压弯状态下盾构隧道纵向等效抗弯刚度随横向刚度的增大而得到明显提升。提出的模型构建了轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道横、纵向刚度的匹配性,为盾构隧道横、纵向结构耦合分析搭建了桥梁。 展开更多
关键词 盾构隧道 纵向连续化模型 横向性能 轴力弯矩耦合作用 纵向非线性等效抗弯刚度
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考虑横向性能的盾构隧道纵向等效刚度分析 被引量：71
6
作者 叶飞 何川 +1 位作者 朱合华 孙海东 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期1870-1876,共7页
盾构隧道作为一个三维问题,其横向性能与纵向性能是密切联系的,将其横向和纵向割裂为两个平面问题,虽然可使问题简单化,但无法考虑纵横向性能的匹配关系。在横向修正惯用法的基础上,将横向弯曲刚度有效率引入到纵向等效连续化模型的推导... 盾构隧道作为一个三维问题,其横向性能与纵向性能是密切联系的,将其横向和纵向割裂为两个平面问题,虽然可使问题简单化,但无法考虑纵横向性能的匹配关系。在横向修正惯用法的基础上,将横向弯曲刚度有效率引入到纵向等效连续化模型的推导中,对考虑横向刚度影响的盾构隧道纵向等效抗弯刚度进行理论推导,得到了考虑横向刚度有效率的纵向等效抗弯刚度计算式,从而初步将纵向刚度的分析与横向刚度的变化统一起来,进而也说明了盾构隧道纵、横向抗弯刚度的相关性和匹配性。实例分析表明:盾构隧道横向抗弯刚度的大小与纵向等效抗弯刚度关系密切,表现为同方向、近线性关系变化,即纵向抗弯刚度随横向抗弯刚度的增大而增大。 展开更多
关键词 盾构隧道 横向性能 修正惯用法 横向刚度有效率 纵向等效连续化模型
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大断面矩形盾构隧道等效抗弯刚度研究 被引量：10
7
作者 郑庆坂 潘伍 +1 位作者 覃永杰 张凡 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第23期9590-9596,共7页
矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度是衡量隧道受力变形的重要参数,对于指导施工及隧道纵向结构设计具有重大意义。将横向刚度与纵向等效抗弯刚度联立起来,由力学平衡条件确定中性轴位置,根据弯矩平衡条件及等效连续梁转角公式推导得到大断... 矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度是衡量隧道受力变形的重要参数,对于指导施工及隧道纵向结构设计具有重大意义。将横向刚度与纵向等效抗弯刚度联立起来,由力学平衡条件确定中性轴位置,根据弯矩平衡条件及等效连续梁转角公式推导得到大断面矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度解析解,并探讨了管片宽厚比、长短边螺栓分布、管片厚度等对纵向等效抗弯刚度的影响。研究结果表明:截面长宽比由1增长100%时,隧道纵向等效抗弯刚度有效率η由2.787 5降低为原来的15.3%,最终值为0.426 2;中性轴距离c减小了49.6%,最终值为2.273 0 m;截面厚度t由0.25增长到0.55时,中性轴距离c由2.188 5 m降低0.62%,纵向等效抗弯刚度有效率η由0.099 m增加7.8%;长短边厚度比由1增长到2时,中性轴位置c由2.174 9 m增长0.34%,纵向等效抗弯刚度有效率η由0.106 7降低了21.27%;截面螺栓个数从30增加到80时,c由2.150 4增长1.43%,纵向等效抗弯刚度有效率η由0.121 6降低了12.25%。考虑螺栓分别沿隧道截面长短边均匀分布时,纵向等效抗弯刚度及抗弯刚度有效率大约为理想情况下螺栓均匀化分布时的2/3。在截面螺栓总数不变的前提下,适当降低截面短边螺栓所占比例可有效提升截面抗弯性能。 展开更多
关键词 矩形盾构隧道 纵向等效连续化模型 中性轴位置 纵向等效抗弯刚度有效率
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基于NSM分析纵向垂直压力和下穿荷载对隧道纵向力学的响应
8
作者 江学辉 章锦艳 +2 位作者 柴天建 颜建伟 胡瑞奇 《铁道学报》 北大核心 2025年第10期193-203,共11页
当前实际隧道边界约束条件复杂,对既有隧道纵向力学性能的研究,忽略隧道等效抗弯刚度变化的影响,从而影响盾构隧道力学性能的准确计算。为快速准确地评估下穿隧道对既有隧道纵向力学性能的响应,在隧道管片接缝处建立纵向垂直压力和弯矩... 当前实际隧道边界约束条件复杂,对既有隧道纵向力学性能的研究,忽略隧道等效抗弯刚度变化的影响,从而影响盾构隧道力学性能的准确计算。为快速准确地评估下穿隧道对既有隧道纵向力学性能的响应,在隧道管片接缝处建立纵向垂直压力和弯矩耦合作用下的隧道刚度理论计算模型;在Pasternak-EB理论基础上建立纵向压力作用下的隧道变形控制方程,并结合两阶段法计算盾构下穿引起的附加荷载;形成零空间矩阵方程并采用零空间法(NSM)求解盾构隧道纵向力学性能,且同时考虑纵向垂直压力引起隧道刚度变化的迭代计算;通过模型试验、经典等效抗弯刚度理论和实测结果验证了所提计算模型的可靠性。研究结果表明:考虑纵向垂直压力引起隧道刚度变化迭代计算的隧道沉降变形值更接近实测值;隧道纵向等效抗弯刚度由隧道中心向隧道两端呈非线性增加的纵向变化规律,且盾构下穿对隧道刚度影响范围为隧道外直径D的6.5倍;隧道沉降变形和管片接缝张开量与纵向压力呈反相关性,无纵向垂直压力的沉降变形值是均质隧道沉降变形值的1.44倍;隧道纵向弯矩和剪力与纵向压力呈非线性正相关性。该理论揭示了盾构隧道工后沉降和承载力降低的原因,且可快速合理评估盾构下穿对既有隧道的影响,为盾构下穿既有隧道的设计和变形控制提供理论依据。 展开更多
关键词 隧道工程 NSM 纵向垂直压力 力学性能 等效抗弯刚度
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类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度分析 被引量：16
9
作者 黄亮 梁荣柱 +3 位作者 吴小建 孙廉威 张莉 吴文兵 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2094-2102,共9页
类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度是分析其纵向受力变形的重要参数。基于等效连续化模型的基本原理,建立类矩形盾构隧道纵向等效连续化模型,推导得到类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度解析解。通过参数分析,研究螺栓、管片宽度、厚度和截面形... 类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度是分析其纵向受力变形的重要参数。基于等效连续化模型的基本原理,建立类矩形盾构隧道纵向等效连续化模型,推导得到类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度解析解。通过参数分析,研究螺栓、管片宽度、厚度和截面形状等参数对类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度有效率的影响。研究表明,由于类矩形盾构隧道截面的特殊性,在建立等效抗弯刚度模型时,需分别对中性轴在隧道腰部和拱底两种不同的情况进行讨论;增加螺栓数量和加大管片宽度可提高类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度有效率,中性轴位置随着上移,环缝受拉张开区域减小;增加管片厚度可增加隧道绝对等效抗弯刚度,但是等效抗弯刚度有效率下降,中性轴位置下移;中性轴位置随着宽高比增大而快速下移,当中性轴位置角度与小圆弧圆心角相等时,中心轴下移曲线发生转折;当宽高比为1时,所得解析解退化为圆形盾构隧道等效抗弯刚度解。 展开更多
关键词 类矩形盾构隧道 等效抗弯刚度 等效抗弯刚度有效率 解析解
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中小直径盾构隧道管片衬砌结构纵向抗弯刚度特性研究 被引量：5
10
作者 何绪虎 王士民 +2 位作者 陈兵 林志宇 彭小雨 《铁道标准设计》 北大核心 2023年第9期134-141,共8页
对于城市轨道交通以及市政管道而言,中小直径盾构隧道具有天然的优势,近年来取得了快速发展。然而,随着地质条件及周围环境日趋复杂,其纵向差异沉降对其结构安全产生了显著影响。为研究中小直径盾构隧道的纵向抗弯刚度特性,采用相似模... 对于城市轨道交通以及市政管道而言,中小直径盾构隧道具有天然的优势,近年来取得了快速发展。然而,随着地质条件及周围环境日趋复杂,其纵向差异沉降对其结构安全产生了显著影响。为研究中小直径盾构隧道的纵向抗弯刚度特性,采用相似模型试验,考虑环向与纵向接头的影响,开展盾构隧道结构纵向抗弯性能试验。对隧道竖向变形、抗弯刚度有效率进行分析,提出适用于确定中小直径盾构隧道纵向抗弯刚度有效率的经验修正公式,并给出关键参数的取值范围。研究结果表明:(1)盾构隧道管片衬砌结构在受荷后刚度会发生变化,刚度的变化实质为受荷后管片衬砌结构的变形引起;(2)直径为4.2m和6.0m的盾构隧道结构纵向抗弯刚度有效率合理取值范围分别为0.194~0.352和0.162~0.311;(3)引入纵向抗弯刚度修正系数对徐氏模型理论公式进行修正,经试验结果确定直径为4.2 m和6.0 m的修正系数范围分别为0.7~1.4和0.8~1.6。 展开更多
关键词 盾构隧道 衬砌结构 模型试验 纵向抗弯刚度特性 抗弯刚度有效率
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