本發(fā)明涉及盾構(gòu)管片，尤其涉及一種利用接縫防水構(gòu)造調(diào)控管片結(jié)構(gòu)韌性的設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、隨著盾構(gòu)技術(shù)的進(jìn)步及其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，盾構(gòu)隧道已呈現(xiàn)出大直徑、大埋深、高水壓、地質(zhì)條件復(fù)雜化等特點。盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)通常是由鋼筋混凝土管片通過螺栓連接而成的地下裝配式結(jié)構(gòu)，大量接縫的存在極大削弱了管片襯砌結(jié)構(gòu)的剛度和整體性。在水下盾構(gòu)隧道的設(shè)計與建設(shè)中，管片接縫的設(shè)計是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，一方面，接縫的力學(xué)特征會顯著影響整個隧道的力學(xué)特征，進(jìn)而影響隧道的整體穩(wěn)定性和耐久性，另一方面，為了適應(yīng)高水壓帶給盾構(gòu)隧道防水性能的極大挑戰(zhàn)，接縫的防水設(shè)計也是保證隧道安全性至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

2、盾構(gòu)隧道管片接縫是不連續(xù)結(jié)構(gòu)，由于防水密封墊溝槽等構(gòu)造的存在，使接縫面混凝土的承壓面積有所折減，一定程度上削弱了接縫的抗彎強(qiáng)度和承載能力，這也使得接縫呈現(xiàn)出明顯的非線性特征。防水密封墊的布置直接影響接縫面的構(gòu)造，進(jìn)而影響接縫的力學(xué)性能。接縫作為各管片之間的連接部分，其力學(xué)性能對于盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)的受力和變形有重要的影響。防水密封墊的布置型式不僅僅是一個簡單的防水問題，而是一個涉及到盾構(gòu)隧道整體襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的綜合性問題。因此，合理設(shè)計和布置防水密封墊，對于盾構(gòu)隧道的防水性能和受力性能具有重要意義。

3、盾構(gòu)隧道管片環(huán)是由多個預(yù)制的鋼筋混凝土管片拼裝形成的，在進(jìn)行管片配筋時，往往需要同時按照管片環(huán)所受到的最大正彎矩與最大負(fù)彎矩進(jìn)行配筋，若能對管片結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)配，使管片環(huán)所受到的最大正彎矩與最大負(fù)彎矩之間的差異盡量減小，則能節(jié)約配筋且能提高管片結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，進(jìn)而增強(qiáng)管片結(jié)構(gòu)的魯棒性。同時在偶然荷載作用下，例如地震作用下，管片接縫可能會發(fā)生往復(fù)運(yùn)動，縮小管片結(jié)構(gòu)最大正負(fù)彎矩的差異可以有效地避免管片因某一側(cè)的彎矩過大而發(fā)生破壞，進(jìn)而提高隧道的抗震韌性。而現(xiàn)有的研究中，關(guān)于通過調(diào)整管片接縫面防水密封墊布置使得管片結(jié)構(gòu)最大正彎矩和最大負(fù)彎矩的差異縮小，進(jìn)而調(diào)控管片結(jié)構(gòu)韌性的研究未有報道。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種利用接縫防水構(gòu)造調(diào)控管片結(jié)構(gòu)韌性的設(shè)計方法，包括以下步驟：

2、建立管片結(jié)構(gòu)模型；

3、計算管片結(jié)構(gòu)的初始內(nèi)力，獲取管片結(jié)構(gòu)的最大正彎矩m正和最大負(fù)彎矩m負(fù)；

4、判斷所述最大正彎矩m正和所述最大負(fù)彎矩m負(fù)的差值是否處于設(shè)定范圍內(nèi)；

5、如果所述最大正彎矩m正和所述最大負(fù)彎矩m負(fù)的差值在設(shè)定范圍外，通過調(diào)節(jié)密封墊布置型式調(diào)整管片接縫核心受壓區(qū)中線的位置，以使最大正彎矩m正和最大負(fù)彎矩m負(fù)的差值在設(shè)定范圍內(nèi)。

6、進(jìn)一步地，所述調(diào)整管片接縫核心受壓區(qū)中線位置包括：

7、若最大正彎矩m正和最大負(fù)彎矩m負(fù)的差值在設(shè)定范圍外，且最大正彎矩m正大于最大負(fù)彎矩m負(fù)，則調(diào)節(jié)管片接縫核心受壓區(qū)的中線向管片內(nèi)側(cè)移動，直至最大正彎矩m正和最大負(fù)彎矩m負(fù)的差值在設(shè)定范圍內(nèi)。

8、進(jìn)一步地，若所述管片接縫設(shè)有雙道密封墊，調(diào)節(jié)管片接縫核心受壓區(qū)的中線向管片內(nèi)側(cè)移動包括，將各所述密封墊向管片內(nèi)側(cè)移動或?qū)㈦p道密封墊均設(shè)置在接縫中線的同一側(cè)。

9、進(jìn)一步地，所述調(diào)整管片接縫核心受壓區(qū)中線位置包括：

10、若最大正彎矩m正和最大負(fù)彎矩m負(fù)的差值在設(shè)定范圍外，且最大正彎矩m正小于最大負(fù)彎矩m負(fù)，則調(diào)節(jié)管片接縫核心受壓區(qū)的中線向管片外側(cè)移動，直至最大正彎矩m正和最大負(fù)彎矩m負(fù)的差值在設(shè)定范圍內(nèi)。

11、進(jìn)一步地，若所述管片接縫設(shè)有雙道密封墊，調(diào)節(jié)管片接縫核心受壓區(qū)的中線向管片外側(cè)移動包括，將各所述密封墊向管片外側(cè)移動或?qū)㈦p道密封墊分別設(shè)置在接縫中線的兩側(cè)。

12、進(jìn)一步地，調(diào)整管片接縫核心受壓區(qū)中線的位置前還包括：

13、根據(jù)最大正彎矩m正和最大負(fù)彎矩m負(fù)獲取管片接縫的實時抗彎剛度，比較實時抗彎剛度與理想抗彎剛度的大小，根據(jù)實時抗彎剛度與理想抗彎剛度的差值，調(diào)整管片接縫核心受壓區(qū)中線的位置。

14、進(jìn)一步地，所述密封墊布置型式包括密封墊數(shù)量以及密封墊位置。

15、進(jìn)一步地，所述密封墊為三元乙丙橡膠密封墊。

16、本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

17、1)本發(fā)明通過改變盾構(gòu)隧道接縫密封墊布置型式的方法改變管片接縫核心受壓區(qū)中線的位置，進(jìn)而調(diào)配管片結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，并增強(qiáng)管片結(jié)構(gòu)韌性，在保證管片接縫防水能力的同時，還可以節(jié)約管片結(jié)構(gòu)配筋和提高管片結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)；為盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)設(shè)計提供新思路。

18、2)本發(fā)明調(diào)配結(jié)構(gòu)內(nèi)力的方法對管片接縫構(gòu)造的調(diào)整較小，實施難度低，較易實現(xiàn)，且保證了管片接縫的防水能力。

技術(shù)特征：

1.一種利用接縫防水構(gòu)造調(diào)控管片結(jié)構(gòu)韌性的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用接縫防水構(gòu)造調(diào)控管片結(jié)構(gòu)韌性的設(shè)計方法，其特征在于，所述調(diào)整管片接縫核心受壓區(qū)中線位置包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用接縫防水構(gòu)造調(diào)控管片結(jié)構(gòu)韌性的設(shè)計方法，其特征在于，若所述管片接縫設(shè)有雙道密封墊，調(diào)節(jié)管片接縫核心受壓區(qū)的中線向管片內(nèi)側(cè)移動包括，將各所述密封墊向管片內(nèi)側(cè)移動或?qū)㈦p道密封墊均設(shè)置在接縫中線的同一側(cè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用接縫防水構(gòu)造調(diào)控管片結(jié)構(gòu)韌性的設(shè)計方法，其特征在于，所述調(diào)整管片接縫核心受壓區(qū)中線位置包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用接縫防水構(gòu)造調(diào)控管片結(jié)構(gòu)韌性的設(shè)計方法，其特征在于，若所述管片接縫設(shè)有雙道密封墊，調(diào)節(jié)管片接縫核心受壓區(qū)的中線向管片外側(cè)移動包括，將各所述密封墊向管片外側(cè)移動或?qū)㈦p道密封墊分別設(shè)置在接縫中線的兩側(cè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用接縫防水構(gòu)造調(diào)控管片結(jié)構(gòu)韌性的設(shè)計方法，其特征在于，調(diào)整管片接縫核心受壓區(qū)中線的位置前還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用接縫防水構(gòu)造調(diào)控管片結(jié)構(gòu)韌性的設(shè)計方法，其特征在于，所述密封墊布置型式包括密封墊數(shù)量以及密封墊位置。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用接縫防水構(gòu)造調(diào)控管片結(jié)構(gòu)韌性的設(shè)計方法，其特征在于，所述密封墊為三元乙丙橡膠密封墊。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種利用接縫防水構(gòu)造調(diào)控管片結(jié)構(gòu)韌性的設(shè)計方法；該方法包括：建立管片結(jié)構(gòu)模型；計算管片結(jié)構(gòu)的初始內(nèi)力，獲取管片結(jié)構(gòu)的最大正彎矩M<subgt;正</subgt;和最大負(fù)彎矩M<subgt;負(fù)</subgt;；如果所述最大正彎矩M<subgt;正</subgt;和所述最大負(fù)彎矩M<subgt;負(fù)</subgt;的差值在設(shè)定范圍外，通過調(diào)節(jié)密封墊布置型式調(diào)整管片接縫核心受壓區(qū)中線的位置，以使最大正彎矩M<subgt;正</subgt;和最大負(fù)彎矩M<subgt;負(fù)</subgt;的差值在設(shè)定范圍內(nèi)。本發(fā)明通過改變盾構(gòu)隧道接縫密封墊布置型式的方法改變管片接縫核心受壓區(qū)中線的位置，進(jìn)而調(diào)配管片結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，并增強(qiáng)管片結(jié)構(gòu)韌性，在保證管片接縫防水能力的同時，還可以節(jié)約管片結(jié)構(gòu)配筋和提高管片結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。

技術(shù)研發(fā)人員：肖明清,封坤,韓通,郭文琦,朱航凱,周弋力,沐海星
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23