一種用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，用于建立盾構(gòu)隧道模型，包括下列步驟：根據(jù)模型相似比設(shè)計(jì)原則，得到第一管環(huán)模型；在第一管環(huán)模型上設(shè)置縱向削減槽，縱向削減槽在第一管環(huán)模型上的位置與管環(huán)縱縫在盾構(gòu)隧道上的位置相對(duì)應(yīng)，得到第二管環(huán)模型；在第二管環(huán)模型上設(shè)置卡扣式凹凸連接鍵，卡扣式凹凸連接鍵在第二管環(huán)模型上的位置與縱向螺栓在盾構(gòu)隧道上的位置相對(duì)應(yīng)，得到第三管環(huán)模型；重復(fù)上述步驟得到多個(gè)第三管環(huán)模型，將第三管環(huán)模型進(jìn)行拼裝，得到盾構(gòu)隧道模型。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有真實(shí)性高、保證土?結(jié)構(gòu)相對(duì)剛度與實(shí)際保持一致以及有效模擬隧道結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及土木工程領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè) 計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 盾構(gòu)隧道作為重要的地下結(jié)構(gòu)形式之一，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種公路隧道和軌 道交通隧道。對(duì)于某些隧道試驗(yàn)，如果采用原尺寸的隧道結(jié)構(gòu)，不僅費(fèi)用昂貴，甚至是不可 能實(shí)現(xiàn)的，比如考慮盾構(gòu)隧道整體的不均勻沉降，或是探究盾構(gòu)隧道整體抗震性能的振動(dòng) 臺(tái)試驗(yàn)，這時(shí)必須要采用模型試驗(yàn)的方式對(duì)以上課題進(jìn)行研究。盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn) 在于其結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，隧道本身由襯砌管片拼裝而成，管片之間通過縱向螺栓和橫向螺 栓連接，因此隧道結(jié)構(gòu)存在大量的縱縫和環(huán)縫。以往的模型試驗(yàn)中，一般采用剛度等效的方 式，用均質(zhì)圓管代替隧道結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計(jì)方法在一定程度上能夠模擬隧道整體的結(jié)構(gòu)特 性，但在結(jié)構(gòu)細(xì)部卻無法做到真實(shí)還原，尤其盾構(gòu)隧道的接縫是其結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，采用均質(zhì) 圓管的模型設(shè)計(jì)方案，其實(shí)是忽略了盾構(gòu)隧道本身最重要的結(jié)構(gòu)不連續(xù)性。因此需要提出 一種全新的盾構(gòu)隧道模型設(shè)計(jì)方案，既能有效模擬原隧道結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，還能滿足模型 的大批量制作和拼裝，在涉及模型土的試驗(yàn)中，還要保證土-結(jié)構(gòu)相對(duì)剛度的一致性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題提供一種真實(shí)性高、保證土-結(jié)構(gòu)相對(duì)剛度與實(shí)際 保持一致以及有效模擬隧道結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性的用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方 法。
[0004] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0005] -種用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，用于建立盾構(gòu)隧道模型，該方 法包括下列步驟：
[0006] 1)根據(jù)模型相似比設(shè)計(jì)原則，得到第一管環(huán)模型；
[0007] 2)在第一管環(huán)模型上設(shè)置縱向削減槽，所述縱向削減槽在第一管環(huán)模型上的位置 與管環(huán)縱縫在盾構(gòu)隧道上的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)，得到第二管環(huán)模型；
[0008] 3)在第二管環(huán)模型上設(shè)置卡扣式凹凸連接鍵，所述卡扣式凹凸連接鍵在第二管環(huán) 模型上的位置與縱向螺栓在盾構(gòu)隧道上的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)，得到第三管環(huán)模型；
[0009] 4)重復(fù)步驟1)至步驟3)得到多個(gè)第三管環(huán)模型，將第三管環(huán)模型進(jìn)行拼裝，得到 盾構(gòu)隧道模型。
[0010] 所述模型相似比設(shè)計(jì)原則為模型土與盾構(gòu)隧道模型的相對(duì)剛度和原狀土與盾構(gòu) 隧道的相對(duì)剛度保持一致，即：
[0012]其中，SF為相對(duì)剛度相似比，SeA土彈性模量相似比，SR為外徑相似比，S E為彈性模 量相似比，st為管片厚度相似比。
[0013] 所述縱向削減槽沿第二管環(huán)模型的徑向深度，以第二管環(huán)模型與盾構(gòu)隧道具有相 同的橫向抗彎剛度折減系數(shù)為條件，采用有限元建模方法確定。
[0014] 采用有限元建模方法確定縱向削減槽沿第二管環(huán)模型的徑向深度的具體步驟：
[0015] 21)建立第一有限元管環(huán)模型，所述第一有限元管環(huán)模型為無縱向削減槽的均質(zhì) 圓環(huán)，內(nèi)外徑與步驟1)中得到的第一管環(huán)模型相同；
[0016] 22)建立第二有限元管環(huán)模型，所述第二有限元管環(huán)模型為有縱向削減槽的圓環(huán)， 內(nèi)外徑與步驟1)中得到的第一管環(huán)模型相同；
[0017] 23)在第一有限元管環(huán)模型的直徑方向上施加兩個(gè)方向相反的單位荷載P;
[0018] 24)選取盾構(gòu)隧道的橫向抗彎剛度折減系數(shù)a;
[0019] 25)在第二有限元管環(huán)模型的直徑方向上施加兩個(gè)方向相反的荷載ap;
[0020] 26)調(diào)整第二有限元管環(huán)模型中縱向削減槽的徑向深度，使第一有限元管環(huán)模型 和第二有限元管環(huán)模型荷載作用點(diǎn)之間的相對(duì)位移相同，則調(diào)整得到的徑向深度即為縱向 削減槽沿第二管環(huán)模型的徑向深度。
[0021 ]所述縱向削減槽對(duì)應(yīng)的圓心角為2°。
[0022] 所述縱向削減槽在第二管環(huán)模型的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。
[0023] 所述卡扣式凹凸連接鍵上設(shè)有環(huán)形的半圓截面的凹槽。
[0024]所述凹槽上套有橡膠圈。
[0025]所述卡扣式凹凸連接鍵的尺寸，以第三管環(huán)模型與盾構(gòu)隧道具有相同的縱向抗彎 剛度折減系數(shù)為條件，采用有限元建模方法確定。
[0026]采用有限元建模方法確定卡扣式凹凸連接鍵的尺寸的具體步驟為：
[0027] 31)建立第一有限元隧道模型，所述第一有限元隧道模型由步驟3)中得到的第二 管環(huán)模型組成，通過將相鄰第二管環(huán)模型接觸面約束為具有相同空間位移實(shí)現(xiàn)，第一有限 元隧道模型長(zhǎng)度取為第二管環(huán)模型外徑的5~10倍；
[0028] 32)建立第三有限元管環(huán)模型，所述第三有限元管環(huán)模型由步驟3)中得到的第二 管環(huán)模型添加卡扣式凹凸連接鍵形成，所述卡扣式凹凸連接鍵的位置與縱向螺栓在盾構(gòu)隧 道上的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)；
[0029] 33)建立第二有限元隧道模型，所述第二有限元隧道模型由第三管環(huán)模型組成，通 過將相鄰卡扣式凹凸連接鍵接觸面約束為具有相同空間位移實(shí)現(xiàn)，第二有限元隧道模型長(zhǎng) 度與第一有限元隧道模型長(zhǎng)度相同；
[0030] 34)約束第一有限元隧道模型兩個(gè)端面的所有自由度，在第一有限元隧道模型的 中點(diǎn)處沿隧道徑向施加單位荷載P;
[0031 ] 35)選取盾構(gòu)隧道的縱向抗彎剛度折減系數(shù)比
[0032] 36)約束第二有限元隧道模型兩個(gè)端面的所有自由度，在第二有限元隧道模型的 中點(diǎn)處沿隧道徑向施加荷載即；
[0033] 37)調(diào)整第三有限元管環(huán)模型中卡扣式凹凸連接鍵的高度和直徑，使第一有限元 隧道模型和第二有限元隧道模型的荷載作用點(diǎn)處位移相同，則調(diào)整得到的卡扣式凹凸連接 鍵尺寸為第三管環(huán)模型的卡扣式凹凸連接鍵尺寸。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0035] (1)整個(gè)方案依據(jù)土-結(jié)構(gòu)相對(duì)剛度比為控制指標(biāo)的設(shè)計(jì)原則完成模型的相似比 設(shè)計(jì)，保證了模型試驗(yàn)的土-結(jié)構(gòu)相對(duì)剛度與實(shí)際保持一致。
[0036] (2)盾構(gòu)隧道模型包含了多個(gè)管環(huán)模型，便于大批量制作。
[0037] (3)每個(gè)管環(huán)模型上設(shè)計(jì)了削減槽和凹凸連接鍵，真實(shí)模擬了原隧道結(jié)構(gòu)上的縱 縫、環(huán)向螺栓和縱向螺栓的受力傳遞機(jī)制。
[0038] (4)每個(gè)管環(huán)模型上設(shè)計(jì)了搭扣式凹凸連接鍵，便于拼裝。
[0039] (5)采用有限元建模的方法確立了削減槽和凹凸連接鍵的具體尺寸，保證了模型 相對(duì)于隧道的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0040] 圖1為實(shí)施例中設(shè)計(jì)的管環(huán)模型的正面示意圖；
[0041 ]圖2為實(shí)施例中設(shè)計(jì)的管環(huán)模型的1-1剖面圖；
[0042]圖3為實(shí)施例中設(shè)計(jì)的有限元模型示意圖，其中，（a)為帶削減槽的有限元管環(huán)模 型，（b)為無削減槽的有限元管環(huán)模型。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實(shí)施例。
[0044] 本實(shí)施例提供一種用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，該方法用于建立 盾構(gòu)隧道模型，包括下列步驟：
[0045] 1)根據(jù)模型相似比設(shè)計(jì)原則，得到盾構(gòu)隧道的第一管環(huán)模型；
[0046] 2)在第一管環(huán)模型上設(shè)置縱向削減槽，所述縱向削減槽在第一管環(huán)模型上的位置 與管環(huán)縱縫在盾構(gòu)隧道上的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)，得到盾構(gòu)隧道的第二管環(huán)模型；
[0047] 3)在第二管環(huán)模型上設(shè)置卡扣式凹凸連接鍵，所述卡扣式凹凸連接鍵在第二管環(huán) 模型上的位置與縱向螺栓在盾構(gòu)隧道上的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)，得到盾構(gòu)隧道的第三管環(huán)模 型；
[0048] 4)重復(fù)步驟1)至步驟3)得到多個(gè)第三管環(huán)模型，將第三管環(huán)模型進(jìn)行拼裝，得到 盾構(gòu)隧道模型，如圖1-2所示。
[0049]其中，模型相似比設(shè)計(jì)原則為模型土與盾構(gòu)隧道模型的相對(duì)剛度和原狀土與盾構(gòu) 隧道的相對(duì)剛度保持一致，即：
[0051 ]其中，SF為相對(duì)剛度相似比，SE^土彈性模量相似比，Sr為外徑相似比，SE為彈性模 量相似比，St為管片厚度相似比。
[0052]而縱向削減槽沿第二管環(huán)模型的徑向深度和卡扣式凹凸連接鍵的尺寸，分別根據(jù) 第二管環(huán)模型與盾構(gòu)隧道具有相同的橫向和縱向抗彎剛度折減系數(shù)，采用有限元建模的方 法確定，具體步驟為：
[0053] 21)建立第一有限元模型，即無縱向削減槽的均質(zhì)圓環(huán)，內(nèi)外徑與步驟1)中得到的 第一管環(huán)模型相同；
[0054] 22)建立第二有限元模型，即有縱向削減槽的均質(zhì)圓環(huán)，內(nèi)外徑與步驟1)中得到的 第一管環(huán)模型相同；
[0055] 23)在第一有限元模型的直徑方向上施加兩個(gè)方向相反的單位荷載P;
[0056] 24)得到盾構(gòu)隧道的橫向抗彎剛度折減系數(shù)a;
[0057] 25)在第二有限元模型的直徑方向上施加兩個(gè)方向相反的荷載aP;
[0058] 26)調(diào)整第二有限元中縱向削減槽的徑向深度，使第一有限元和第二有限元的荷 載作用點(diǎn)之間的相對(duì)位移相同，則調(diào)整得到的徑向深度即為縱向削減槽沿第二管環(huán)模型的 徑向深度。
[0059] 縱向削減槽的深度確定后，其余的參數(shù)為：圓心角為2°，設(shè)置于第二管環(huán)模型的內(nèi) 側(cè)或外側(cè);卡扣式凹凸連接鍵的尺寸確定后，其余的參數(shù)為:卡扣式凹凸連接鍵上設(shè)有環(huán)形 的半圓截面的凹槽，凹槽上套有橡膠圈。
[0060] 卡扣式凹凸連接鍵的尺寸，以第三管環(huán)模型與盾構(gòu)隧道具有相同的縱向抗彎剛度 折減系數(shù)為條件，采用有限元建模方法確定，具體步驟為：
[0061] 31)建立第一有限元隧道模型，所述第一有限元隧道模型由步驟3)中得到的第二 管環(huán)模型組成，通過將相鄰第二管環(huán)模型接觸面約束為具有相同空間位移實(shí)現(xiàn)，第一有限 元隧道模型長(zhǎng)度取為第二管環(huán)模型外徑的5~10倍；
[0062] 32)建立第三有限元管環(huán)模型，所述第三有限元管環(huán)模型由步驟3)中得到的第二 管環(huán)模型添加卡扣式凹凸連接鍵形成，所述卡扣式凹凸連接鍵的位置與縱向螺栓在盾構(gòu)隧 道上的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)；
[0063] 33)建立第二有限元隧道模型，所述第二有限元隧道模型由第三管環(huán)模型組成，通 過將相鄰卡扣式凹凸連接鍵接觸面約束為具有相同空間位移實(shí)現(xiàn)，第二有限元隧道模型長(zhǎng) 度與第一有限元隧道模型長(zhǎng)度相同；
[0064] 34)約束第一有限元隧道模型兩個(gè)端面的所有自由度，在第一有限元隧道模型的 中點(diǎn)處沿隧道徑向施加單位荷載P;
[0065] 35)選取盾構(gòu)隧道的縱向抗彎剛度折減系數(shù)0;
[0066] 36)約束第二有限元隧道模型兩個(gè)端面的所有自由度，在第二有限元隧道模型的 中點(diǎn)處沿隧道徑向施加荷載即；
[0067] 37)調(diào)整第三有限元管環(huán)模型中卡扣式凹凸連接鍵的高度和直徑，使第一有限元 隧道模型和第二有限元隧道模型的荷載作用點(diǎn)處位移相同，則調(diào)整得到的卡扣式凹凸連接 鍵尺寸為第三管環(huán)模型的卡扣式凹凸連接鍵尺寸。
[0068] 利用上述模型設(shè)計(jì)方法對(duì)實(shí)際隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。隧道原結(jié)構(gòu)為上海某公路隧 道，隧道外徑15m，管片厚度650mm，錯(cuò)縫拼裝，鋼筋混凝土管片的彈性模量取36000MPa，簡(jiǎn)化 后的均一化原狀土層動(dòng)剪切剛度為114.3MPa;模型材料為聚乙烯(PE)，彈性模量172MPa，模 型土由鋸末和砂按1:2.5質(zhì)量配比混合而成，模型土動(dòng)剪切模量為2.84MPa。
[0069] 根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)條件，取定試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼w長(zhǎng)度相似比為1/60。
[0070] 根據(jù)以上條件，可以算得土彈性模量相似比.
，隧道彈性 模量相似比Se = 0.004778,隧道外徑相似比取SR= 1/60,將以上數(shù)據(jù)代入下式：

[0072] 算得 St = 0.028863。
[0073] 隧道模型的外徑為 ，管環(huán)模型厚度為650 X 0.028863 = 18.76mm，取模型厚度為20mm，則管環(huán)模型的外徑為250mm，內(nèi)徑為210_。
[0074]原隧道結(jié)構(gòu)每個(gè)管環(huán)由10個(gè)管片組成，依據(jù)管片拼接處縱縫的位置，在管環(huán)模型 上設(shè)置削減槽，削減槽的徑向深度采用數(shù)值模擬的方式確定，判別方式如下：原盾構(gòu)隧道管 環(huán)相對(duì)于等內(nèi)外徑的均質(zhì)圓環(huán)的橫向抗彎剛度折減系數(shù)為0.7,因此管環(huán)模型相對(duì)于等內(nèi) 外徑的均質(zhì)圓環(huán)的橫向抗彎剛度折減系數(shù)也應(yīng)為0.7。建立兩個(gè)有限元模型，一個(gè)為外徑 250mm，內(nèi)徑210mm，無削減槽的均質(zhì)圓環(huán)，在圓環(huán)同一直徑方向加兩個(gè)方向相反的單位荷載 P，如圖3(b)所示；另一模型為外徑250mm，內(nèi)徑210mm，帶削減槽的管環(huán)模型，在同一直徑方 向加兩個(gè)方向相反的荷載0.7P，如圖3(a)所示。通過調(diào)整管環(huán)削減槽的徑向深度，使兩個(gè)模 型的荷載作用點(diǎn)之間的相對(duì)位移相同。根據(jù)上述判別方法得到的管環(huán)模型圖如圖1所示，從 圖中可以看到，管環(huán)模型的外半徑為12.5cm，管環(huán)模型的內(nèi)半徑為10.5cm，削減槽對(duì)應(yīng)2°圓 心角，有削減槽處的半徑為11 ? 5cm，說明削減槽的深度為1 cm 〇
[0075]原隧道管環(huán)之間由縱向螺栓連接，管環(huán)模型應(yīng)在對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置凹凸連接鍵，如 圖2所示，從圖中可以看到，凹凸連接鍵的高度為18cm，連接鍵的截面直徑為20cm，圖中R2為 連接鍵的截面半徑，即為l〇cm，連接鍵上有環(huán)形凹槽，凹槽為半圓截面，內(nèi)徑4mm，凹槽上套 有橡膠圈，主要目的是使拼裝在一起的管環(huán)模型之間相互固定。凹凸連接鍵的尺寸可在本 實(shí)例設(shè)計(jì)尺寸的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，方法與削減槽徑向深度的確定方法一致，通過有限元建 模的方法，使拼裝而成的隧道模型與原隧道結(jié)構(gòu)有相同的縱向抗彎剛度折減系數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，用于建立盾構(gòu)隧道模型，其特征 在于，該方法包括下列步驟： 1) 根據(jù)模型相似比設(shè)計(jì)原則，得到第一管環(huán)模型； 2) 在第一管環(huán)模型上設(shè)置縱向削減槽，所述縱向削減槽在第一管環(huán)模型上的位置與管 環(huán)縱縫在盾構(gòu)隧道上的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)，得到第二管環(huán)模型； 3) 在第二管環(huán)模型上設(shè)置卡扣式凹凸連接鍵，所述卡扣式凹凸連接鍵在第二管環(huán)模型 上的位置與縱向螺栓在盾構(gòu)隧道上的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)，得到第三管環(huán)模型； 4) 重復(fù)步驟1)至步驟3)得到多個(gè)第三管環(huán)模型，將第三管環(huán)模型進(jìn)行拼裝，得到盾構(gòu) 隧道模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述模型相似比設(shè)計(jì)原則為模型土與盾構(gòu)隧道模型的相對(duì)剛度和原狀土與盾構(gòu)隧道的相對(duì) 剛度保持一致，即：其中，SF為相對(duì)剛度相似比，SEm*土彈性模量相似比，Sr為外徑相似比，SE為彈性模量相 似比，St為管片厚度相似比。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述縱向削減槽沿第二管環(huán)模型的徑向深度，以第二管環(huán)模型與盾構(gòu)隧道具有相同的橫向抗 彎剛度折減系數(shù)為條件，采用有限元建模方法確定。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，采 用有限元建模方法確定縱向削減槽沿第二管環(huán)模型的徑向深度的具體步驟： 21) 建立第一有限元管環(huán)模型，所述第一有限元管環(huán)模型為無縱向削減槽的均質(zhì)圓環(huán)， 內(nèi)外徑與步驟1)中得到的第一管環(huán)模型相同； 22) 建立第二有限元管環(huán)模型，所述第二有限元管環(huán)模型為有縱向削減槽的圓環(huán)，內(nèi)外 徑與步驟1)中得到的第一管環(huán)模型相同； 23) 在第一有限元管環(huán)模型的直徑方向上施加兩個(gè)方向相反的單位荷載P; 24) 選取盾構(gòu)隧道的橫向抗彎剛度折減系數(shù)a; 25) 在第二有限元管環(huán)模型的直徑方向上施加兩個(gè)方向相反的荷載aP; 26) 調(diào)整第二有限元管環(huán)模型中縱向削減槽的徑向深度，使第一有限元管環(huán)模型和第 二有限元管環(huán)模型荷載作用點(diǎn)之間的相對(duì)位移相同，則調(diào)整得到的徑向深度即為縱向削減 槽沿第二管環(huán)模型的徑向深度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述縱向削減槽對(duì)應(yīng)的圓心角為2°。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述縱向削減槽在第二管環(huán)模型的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述卡扣式凹凸連接鍵上設(shè)有環(huán)形的半圓截面的凹槽。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述凹槽上套有橡膠圈。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述卡扣式凹凸連接鍵的尺寸，以第三管環(huán)模型與盾構(gòu)隧道具有相同的縱向抗彎剛度折減系 數(shù)為條件，采用有限元建模方法確定。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于盾構(gòu)隧道模型試驗(yàn)的管環(huán)模型設(shè)計(jì)方法，其特征在于， 采用有限元建模方法確定卡扣式凹凸連接鍵的尺寸的具體步驟為： 31) 建立第一有限元隧道模型，所述第一有限元隧道模型由步驟3)中得到的第二管環(huán) 模型組成，通過將相鄰第二管環(huán)模型接觸面約束為具有相同空間位移實(shí)現(xiàn)，第一有限元隧 道模型長(zhǎng)度取為第二管環(huán)模型外徑的5~10倍； 32) 建立第三有限元管環(huán)模型，所述第三有限元管環(huán)模型由步驟3)中得到的第二管環(huán) 模型添加卡扣式凹凸連接鍵形成，所述卡扣式凹凸連接鍵的位置與縱向螺栓在盾構(gòu)隧道上 的實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)； 33) 建立第二有限元隧道模型，所述第二有限元隧道模型由第三管環(huán)模型組成，通過將 相鄰卡扣式凹凸連接鍵接觸面約束為具有相同空間位移實(shí)現(xiàn)，第二有限元隧道模型長(zhǎng)度與 第一有限元隧道模型長(zhǎng)度相同； 34) 約束第一有限元隧道模型兩個(gè)端面的所有自由度，在第一有限元隧道模型的中點(diǎn) 處沿隧道徑向施加單位荷載P; 35) 選取盾構(gòu)隧道的縱向抗彎剛度折減系數(shù)0; 36) 約束第二有限元隧道模型兩個(gè)端面的所有自由度，在第二有限元隧道模型的中點(diǎn) 處沿隧道徑向施加荷載即； 37) 調(diào)整第三有限元管環(huán)模型中卡扣式凹凸連接鍵的高度和直徑，使第一有限元隧道 模型和第二有限元隧道模型的荷載作用點(diǎn)處位移相同，則調(diào)整得到的卡扣式凹凸連接鍵尺 寸為第三管環(huán)模型的卡扣式凹凸連接鍵尺寸。
【文檔編號(hào)】G01M99/00GK106053110SQ201610380054
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】禹海濤, 張敬華, 包蓁, 袁勇
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)