【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及盾构隧道衬砌接头处承载力计算与评估，尤其涉及一种计算盾构隧道衬砌接头处缝隙张开量与抗弯承载力的方法。
技术介绍
1、随着城市化进程的不断发展，地铁隧道等基础设施建筑的体量和数量都得到了空前的发展。由于具有施工便捷、机械化程度大和施工安全性高等特点，盾构隧道是目前城市地铁隧道通常采用的形式。盾构隧道有多个管片通过螺栓组成。横向螺栓连接的接头处是盾构隧道横截面的薄弱环节。科学计算接头处的缝隙张开量和抗弯承载力对于指导盾构隧道的设计具有重要意义。盾构隧道接头处构造复杂，受力模式多变，且受应力环境、几何尺寸、缝隙宽度和螺栓等级等因素的影响，目前尚缺乏科学有效的计算其缝隙张开量和抗弯承载力的方法。
2、专利cn117454485a提到了一种计算盾构隧道横向接头抗弯承载力的方法，该方法中的衬砌受力状态ⅱ和受力状态ⅲ与实际衬砌的受力状态存在一定的差异，即衬砌接头处难以出现理想的平截面转动，而是以核心区混凝土外缘为圆心进行转动。虽然该方法所计算得到的抗弯承载力与试验值相差不大，但该方法计算得到的接头处转角与实际值存在较大差异，因此该方法仅给出了极限抗弯承载力的计算值，未给出接头处转角或缝隙张开量。而在工程实际中，缝隙张开量更为直观，更能便于工程设计人员理解和在施工过程中判断衬砌的受力状态，且广泛用于盾构隧道的渗水设计。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了便于盾构隧道的工程设计，而提出的一种计算盾构隧道衬砌接头处缝隙张开量与抗弯承载力的方法。为了实现上述目的，本专利技
2、s1、根据工程设计资料，确定盾构隧道的应力环境，并基于力学原理计算衬砌内的轴力水平n，通常可采用修正惯用法，或有限元数值模拟；
3、s2、根据工程图纸和设计资料，确定衬砌接头处的几何参数和材料属性，包括混凝土屈服强度fc，螺栓截面面积as，螺栓预拉应力σsp，螺栓屈服强度fs，螺栓弹性模量es，螺栓长度ls，衬砌厚度htot，缝隙深度t1，缝隙宽度ω，密封垫厚度t2，核心区混凝土高度heff，螺栓中心至核心区混凝土上、下边缘距离和物理量的具体含义可参考图1。
4、s3、赋予螺栓伸长量δls一个较小的初始值，建议初始值小于10-7m，并逐步增大δls的值，在每一步均判断衬砌所处的受力状态。在本专利技术中衬砌有4个状态，1个初始状态即δls＝0，和3个受力状态。由于在计算时δls>0，因此仅需要判别所属的3个受力状态。受力状态ⅰ的判别条件为，受力状态ⅱ的判别条件为且fn1＞0，受力状态ⅲ的判别条件为fn1＝0，其中fn1为核心区混凝土受压区轴力。
5、当衬砌属于受力状态ⅰ时，截面弯矩m可由公式(1)计算。
6、
7、其中，fn1＝n+fs，且fn1≤acfc，且fs≤fsas，ac为核心区混凝土等效受压面积。
8、缝隙张开量可由公式(2)计算。
9、
10、并计算此状态下fn1的最大值，简记为fn1,max。
11、衬砌属于受力状态ⅱ，核心区混凝土受压区轴力为fn1，外缘混凝土受压区轴力为fn2，截面弯矩m可由公式(3)计算。
12、
13、其中，fn2＝n+fs-fn1，且fs≤fsas，fn1,max为fn1的最大值，l为核心区混凝土受压影响深度，δ为核心区混凝土局部受压变形量，建议取l＝0.5m,ac＝0.01m2。
14、缝隙张开量可由公式(4)计算。
15、
16、当衬砌属于受力状态ⅲ，外缘混凝土受压区轴力为fn2，截面弯矩m可由公式(5)计算。
17、
18、其中，fn2＝n+fs，且fs≤fsas。
19、缝隙张开量可由公式(6)计算。
20、
21、s4、持续增大螺栓伸长量δls，计算与每一个缝隙张开量ωo对应的截面弯矩m，绘制m随ωo的变化曲线，通过m—ωo曲线确定接头处的临界抗弯承载力mcr、极限抗弯承载力mu和临界张开量ωcr。临界抗弯承载力mcr为m—ωo曲线中第一个平缓阶段与第二次抬升段转折点处的取值，极限抗弯承载力mu为m—ωo曲线中的最大值，与mcr对应的张开量为ωcr。
22、本专利技术的有益效果为：为便于工程设计，本方法基于实际盾构隧道接头处在外部荷载作用下的变形规律，给出了接头处的力学计算简图。本方法以接头处核心区边缘为局部受压区，衬砌围绕该区域进行旋转，更符合工程实际。提出了核心区混凝土等效受压面积ac和核心区混凝土受压影响深度l两个新的参数，并通过优化给出了建议值，基于力学原理提出了计算缝隙张开量和截面弯矩的方法，并确定了临界抗弯承载力、极限抗弯承载力和临界缝隙张开量的取值，通过与模型试验和数值模拟结果对比，本专利技术技术具有较高的精度，可满足工程设计的需要。
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1.一种计算盾构隧道衬砌接头处缝隙张开量与抗弯承载力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的计算盾构隧道衬砌接头处缝隙张开量与抗弯承载力的方法，其特征在于，S2中FN1,max为衬砌处于受力状态Ⅰ时所计算的FN1的最大值。
3.根据权利要求1所述的计算盾构隧道衬砌接头处缝隙张开量与抗弯承载力的方法，其特征在于，核心区混凝土受压影响深度L和核心区混凝土受压区等效面积Ac的建议值为L＝0.5m，Ac＝0.01m2。
【技术特征摘要】
1.一种计算盾构隧道衬砌接头处缝隙张开量与抗弯承载力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的计算盾构隧道衬砌接头处缝隙张开量与抗弯承载力的方法，其特征在于，s2中fn1,max为衬砌处于受力状态ⅰ时...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊春林，王胜新，黄仁杰，赵国臣，李双美，许良海，
申请(专利权)人：中铁二十五局集团有限公司盾构工程分公司，
类型：发明
国别省市：
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