考虑轴力影响的盾构隧道纵向等效抗弯刚度模型试验研究
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Model tests on the longitudinal equivalent bending stiffness of shield tunnel by considering axial force
摘要: 盾构隧道是由预制管片通过螺栓拼装而成的细长管状结构，管片间存在大量接头，导致隧道纵向抗弯刚度大幅减小，外力作用下易发生纵向挠曲变形，纵向等效抗弯刚度是盾构隧道纵向响应计算的关键参数。现有缩尺模型试验中，常采用大比尺制作长条形隧道模型，通过弹簧或开槽等方式模拟接头，并未真实还原环间接头结构，难以准确反映轴力对纵向抗弯刚度的影响机制。为探究轴力对纵向等效抗弯刚度的影响机制及规律，本文采用3D打印技术精确制备管片模型，通过弯螺栓错缝拼装成两环衬砌模型，还原环间接头真实结构；进一步地，自主设计试验装置，直接测量不同轴力作用下的环间接头张开量，基于物理意义计算盾构隧道纵向等效抗弯刚度，并进一步探究轴力对盾构隧道纵向等效抗弯刚度的影响机制及规律。得到以下主要结论：盾构隧道纵向等效抗弯刚度随弯矩的增大呈非线性减小，可划分为三个阶段。静力抵抗阶段，环间张开量极小，纵向等效抗弯刚接近均质圆筒纵向抗弯刚度；弹性抗弯阶段，环间张开量逐渐增大，纵向等效抗弯刚度迅速减小；塑性抗弯阶段，环间张开量持续增大，纵向等效抗弯刚度缓慢减小并逐渐趋于定值。轴力通过抑制环间接头张开，显著提升盾构隧道纵向等效抗弯刚度。考虑轴力影响，纵向抗弯刚度有效率随弯矩变化范围逐渐扩大，由5%~17%（不考虑轴力）拓展至7%~40%。为便于工程应用，以稳定后纵向抗弯刚度有效率为代表，其随轴力大致呈指数型增长，取值在6.08%~16.82%之间。以上研究结果可为盾构隧道纵向设计与纵向响应计算提供参考。
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| [V1] |
2025-07-21 15:08:54 |
ChinaXiv:202507.00399V1
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