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不同拼装方式下管片结构的力学行为研究

作　者: 张少辉
导　师: 何川
学　校: 西南交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 盾构隧道 管片 通缝拼装 错缝拼装 模型试验 力学行为
分类号: U455
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


采用盾构法修建地铁区间隧道时，单层拼装式衬砌是目前采用的主流形式，而管片拼装方式主要有通缝式和错缝式。拼装方式的改变将会对衬砌结构的力学行为产生重要影响，本文采用模型试验、数值模拟和现场试验等方法对在不同拼装方式下管片衬砌结构的力学行为进行了研究。 本文以南京地铁一期工程区间盾构隧道为工程背景，进行了相似模型试验。模型试验的几何相似比为1：12，容重相似比为1：1，实现在弹性范围内控制各物理力学参数的全相似性。通过模型试验，研究了盾构隧道管片在通缝拼装、22.5°错缝拼装和45°错缝拼装方式下的力学状态。 采用梁-弹簧模型，用数值模拟分析的方法研究了盾构隧道管片在通缝拼装、22.5°错缝拼装和45°错缝拼装方式下的管片力学状态。 通过在现场试验隧道中埋设量测仪器的方法，研究了管片在45°错缝拼装方式下的力学状态。 通过对以上结果进行综合分析，得出了不同拼装方式下管片衬砌结构的力学特性。

全文目录


第1章 绪论  8-15
  1.1 引言  8
  1.2 盾构法隧道管片衬砌的拼装方式  8-10
    1.2.1 通缝拼装方式  9
    1.2.2 错缝拼装方式  9-10
  1.3 研究背景  10-11
  1.4 国内外盾构隧道管片的研究、发展现状  11-12
  1.5 国内外针对盾构隧道主要采用的研究方法  12-14
    1.5.1 理论、经验信息研究  12
    1.5.2 模型试验  12-13
    1.5.3 现场试验  13
    1.5.4 计算机数值模拟  13-14
  1.6 研究方法和内容  14-15
    1.6.1 本文的研究方法  14
    1.6.2 本文的研究内容  14-15
第2章 模型试验  15-31
  2.1 相似关系理论  15-18
    2.1.1 相似第一定理  15-16
    2.1.2 相似第二定理(П定理)  16-18
  2.2 模型试验设计  18
  2.3 试验材料  18-22
    2.3.1 围岩  19-20
    2.3.2 管片混凝土  20
    2.3.3 管片混凝土环向主筋  20-21
    2.3.4 管片衬砌结构特征的模拟  21-22
  2.4 试验装置及加载方法  22-26
  2.5 试验量测项目  26-28
    2.5.1 管片结构径向位移量测  26
    2.5.2 管片结构内力量测  26
    2.5.3 土体与管片间接触压力量测  26
    2.5.4 测点布置  26-28
  2.6 试验系列  28-31
第3章 试验结果及分析  31-43
  3.1 管片结构内力  31-36
    3.1.1 不同拼装方式下管片结构的弯矩分布规律及比较  32-34
    3.1.2 不同拼装方式下管片结构的轴力分布规律及比较  34-36
  3.2 不同拼装方式下管片结构的位移分布规律及比较  36-37
  3.3 不同拼装方式下管片结构的土压力分布规律及比较  37-40
  3.4 不同拼装方式下管片结构的破坏特征描述  40-43
第4章 盾构隧道理论计算  43-59
  4.1 国内外盾构隧道衬砌管片设计方法  43
  4.2 管片设计的四种方法  43-47
    4.2.1 惯用法  45
    4.2.2 修正惯用法  45-46
    4.2.3 多铰环计算法  46
    4.2.4 梁一弹簧模型计算法  46-47
  4.3 管片衬砌设计的荷载系统  47-49
    4.3.1 垂直土压力和水平土压力  47-48
    4.3.2 水压力  48
    4.3.3 自重  48-49
    4.3.4 地基抗力  49
  4.4 本文采用的管片衬砌计算模式  49-52
    4.4.1 管片之间的作用模式  49-50
    4.4.2 管片与周围土体的相互作用模式  50
    4.4.3 荷载模式  50-51
    4.4.4 计算条件  51-52
  4.5 不同拼装方式下管片结构的内力分布规律及比较  52-53
  4.6 不同拼装方式下管片结构的位移分布规律及比较  53-59
第5章 现场试验  59-68
  5.1 现场试验概况  59
  5.2 现场试验项目及方法  59-62
    5.2.1 现场试验测试断面选择  59
    5.2.2 管片结构内力量测  59-60
    5.2.3 管片结构上的土压力量测  60-61
    5.2.4 管片结构上的水压力量测  61
    5.2.5 现场试验测点布置  61-62
  5.3 现场试验量测结果  62-68
    5.3.1 作用在管片结构上的弯矩  62-64
    5.3.2 作用在管片结构上的轴力  64-65
    5.3.3 作用在管片结构上的土压力  65
    5.3.4 作用在管片结构上的水压力  65-68
结论  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果  73

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 隧道施工
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