盾构隧道管片衬砌结构——荷载结构模型.ppt

管片接头抗弯刚度 定 义： 影响因素： 结构内力：弯矩、轴力、螺栓预紧力等 结构尺寸：幅长、幅宽、厚度、接缝宽度等 材料参数：管片混凝土、连接螺栓、衬垫 相对位置：螺栓位置、衬垫厚度 研究意义： 控制着衬砌结构设计安全性和经济性 优化结构设计 盾构隧道管片接头产生单位转角所需弯矩定义为管片接头抗弯刚度kθ，综合反映了管片接头力学性能及承载能力 盾构隧道纵向结构性能 迫切性： 理论模式： 研究意义： 起步晚，研究理论和计算模型不完善 ●等效弹性地基－梁 ●三维骨架模型 ●等效刚度模型 ●完善现有结构计算模式 ●优化纵向结构设计 3、荷载计算 ①统计法 ②普氏理论 该理论认为：所有的岩体都不同程度的被节理、裂隙所切割，因此可以视为有粘聚力的散粒体。 普氏还提出了基于自然平衡拱概念的计算理论，从而确定围岩的松动压力。认为在具有一定粘聚力的松散介质中开挖坑道后，其上方会形成一个抛物线形的拱形洞顶，作用在支护结构上的围岩压力就是自然平衡拱以内的松动岩体的重力。 ③Terzaghi理论 该理论认为：当隧道的埋深增加到某个限值后，围岩竖向松动压力随埋深的变化的幅度就趋近于零。 在深埋分析中主要采用Terzaghi理论，在浅埋分析中按全部或部分地层压力计算土层压力的方法，并保证最小土压等效高度不小于1.5-2倍隧道外径。 （2）荷载的分类与组合 将垂直土压力看做作用于衬砌顶部的均布荷载，其大小根据隧道的覆土厚度、断面形状、外径和围岩条件决定。 ?当覆土厚度小于隧道外径，一般不考虑地基的拱效应。 ?当覆土厚度大于隧道外径时，地基产生拱效应的可能性比较可靠，可以考虑在设计计算时采用松弛土压力。 ?在砂性土中，当覆土厚度大于1～2D（D为管片环外径）时多采用松弛土压力。 ?在粘性土中，如果由硬质粘土（N8）构成的良好地基，当覆土厚度大于1～2D时多采用松弛土压力。 ?对于中等固结的粘土（4N8）或软粘土（2N4），将隧道的全覆土作为土压力考虑的实例比较常见。 一般来说，当垂直土压力采用松弛土压力时，考虑施工时的荷载以及隧道竣工后荷载的变化，往往设定一个土压力的下限值。在排水、电力及通信隧道中一般将其作为相当于隧道外径2倍覆土厚度的土压力，铁路隧道则采用隧道外径的1.0～1.5倍的覆土厚度的土压力值或采用200kN/m2。 计算水平压力有两种方法： ⑴对于粘性土，水压力作为土压力的一部分考虑； ⑵对于砂性土和自立性好的硬质粘土及固结粉土，水压力与土压力分开考虑； ⑶对于中间土和岩质地层，可以将渗透系数10-4~10-3cm/s作为分界值。 ?在水压、土压合算时，地下水位以上用天然容重，地下水位以下用饱和容重； ?在水压、土压分算时，地下水位以上用天然容重，地下水位以下用浮容重。 侧压力系数的选定对设计截面力有很大影响，要充分考虑地基条件和荷载条件，同时参照类似工程进行慎重研究。 外水压力主要分析处理方法： 　　⑴外水压力为作用于衬砌外缘的面力（常采用）； 　　⑵外水压力当作渗透体积力（较符合外水压实际情况）。 对于土质隧道，作用在地下结构上的水压力，按静水压力计算或把水作为土的一部分计入土压力。 水土分算法中，作用于衬砌结构上水压力有径向水压和均布水压两种 地层抗力为隧道结构产生变形向土体挤压时产生的被动抗力，其值根据Winkler假定计算。 式中，K--地层弹性抗力系数，参照日本规范，可按表1.3-8～9进行分类取值；δ--相应点的位移 影响盾构隧道侧向抗力的最主要因素有： ?土层的软硬程度、含水量等和盾构隧道的埋置深度； ?土层的先期固结状态；盾尾间隙填充物的填充质量； ?盾构推进时对地层的剪切、挤压、纠偏等引起的土体的扰动； ?土体扰动以后，土层的主固结和次固结； ?土体的流变效应。 全周弹簧模型的地层反力按照管片径向及切向的变形量来评价，根据Winkler假定计算。地基弹簧模型有只受压的部分地基弹簧模型和受拉的全周弹簧模型有两种 计算模型 传统常用的模型有： 惯用法（和修正惯用法） 铰接圆环模型 梁-弹簧模型 均使用梁结构模拟管片的壳体结构 主要差别是对接头作用的考虑。 ①均质圆环模型 均质圆环模型是将管片衬砌圆环视作弹性匀质圆环进行分析，惯用法和修正惯用法均采用这种模型。 惯用法不考虑接头对整体刚度的折减和对局部弯矩的分配作用（即η=1，ξ=0） 基于Winkler理论，假设地层反作用在水平方向±45o范围内按三角形形态分布。 惯用法在软弱地层中计算截面内力偏小；反之则大 修正惯用法采用小于1的刚度有效系数η来考虑环向接头对整环刚度的影响 ?当采用错缝拼装方式时，出现弯矩传递现象，混凝土管片产生附加弯矩，则管片设计的弯矩为（1+ξ）M（M计算弯矩值），接头设计的弯矩为（1-ξ）M，而设计的轴力值仍为计算轴力