一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于隧道管片技术领域，具体涉及一种反演计算超大直径盾构隧道管片接 头参数的方法。
【背景技术】
[0002] 盾构法隧道衬砌环结构一般是由若干块弧形的管片拼装而成的管片环，管片与管 片之间的接头、环与环之间的接头通过螺栓或其它方式连接。根据相关工程试验及计算结 果的对比研究表明，接头的连接构造和力学性能强烈影响着衬砌环的内力分布和变形，因 此对于隧道管片接头参数的研究计算尤为重要。
[0003] 目前对隧道管片接头的研究手段主要包括足尺试验研究、模型试验研究和有限元 分析等。其中，由于足尺试验是采用与实际管片尺寸完全相同的1:1模型进行的试验研究， 因此该试验最能反映接头的真实情况，但是其费用昂贵，对于超大直径盾构隧道的管片接 头并不适合此类试验研究。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种反演计算超大直径盾构 隧道管片接头参数的方法，该方法利用已有的试验结果，通过间接试验的方式，可推演出不 同直径盾构隧道管片足尺试验的管片接头力学参数。
[0005] 本发明目的实现由以下技术方案完成： 一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法，涉及已有的A直径隧道管片足 尺试验结果，包括弯矩传递系数和轴力传递系数I其特征在于所述方法包括 如下步骤： 步骤一：开展A直径和B直径两种隧道管片的同种1:n缩尺试验，其中所述缩尺试验分 为纵缝直接头偏心受压试验和错缝夹片偏心受压试验，n大于1 ;通过所述缩尺试验结果获 得A直径隧道管片的弯矩传递系数（1:11〇0和轴力传递系数I1:n00，以及B直径隧道管片的 弯矩传递系数（1:1_和轴力传递系数I1:n(B); 步骤二：提取已有的A直径隧道管片足尺试验结果，包括弯矩传递系数（1:10〇和轴力 传递系数€1:1〇〇,通过公式41: 1 ⑷=Ctl(l:n⑷矛口 € 1:1 ⑷=3l《l:n(A)， 计算得出弯矩传递系数 的比例修正值a 轴力传递系数的比例修正值3 1; 步骤三：通过公式4l:n(B)_a 2 4l:n(A)矛口 &l:n(B)_ 3 2 &l:n(A)， 得出弯矩传递系数的直径修 正值a2和轴力传递系数的直径修正值3 2; 步骤四：设未知的B直径隧道管片的弯矩传递系数和轴力传递系数分别为（1:1^和 € ，并求得B直径隧道管片对应的足尺试验的弯矩传递系数修正值a=a2/ai和轴力 传递系数修正值0 0 2/旦i; 步骤五：根据获得的弯矩传递系数修正值a和轴力传递系数修正值0，通过反演计 算求得未知的B直径隧道管片的弯矩传递系数41:lte)= (a2/ai) 41:10〇和轴力传递系数 € 1:1 (B厂（32/ 3 1 ) € 1:1 (A)。
[0006] 所述n为3。
[0007] 所述A直径隧道管片的直径为15m。
[0008] 本发明的优点是，充分利用已有的试验结果，通过间接试验的方式，可推演出不同 直径盾构隧道足尺试验的管片接头力学参数，避免了直接开展大直径的足尺试验，具有明 显的经济效益；得出的力学参数修正系数，可相对避免不同直径和不同缩尺比例带来的试 验误差。
【具体实施方式】
[0009] 以下通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行 业技术人员的理解。
[0010] 实施例：本实施例具体涉及一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方 法，该方法通过对比已有的缩尺模型和足尺模型的试验结果，得出该直径两种不同比例模 型的隧道管片接头力学参数修正系数，按照线性关系将此系数应用于其它直径超大盾构隧 道的缩尺试验结果中，反演出对应的超大直径盾构隧道衬砌接头设计参数。该方法的具体 步骤如下： (1) 开展比例为1:3的两种直径（15m和20. 2m)隧道管片的同种缩尺试验，该缩尺试 验分为纵缝直接头偏心受压试验和错缝夹片偏心受压试验，这两种偏心受压试验是本领域 中的常规试验，故此处不再赘述；通过该缩尺试验（即纵缝直接头偏心受压试验和错缝夹 片偏心受压试验）的结果获得15m直径隧道管片的弯矩传递系数（1:3U5n^P轴力传递系数 €l:3(15m)， 以及20. 2m直径隧道管片的弯矩传递系数 ^ 1:3(20. 2m) 和轴力传递系数€ 1:3(20. 2m) ? (2) 提取已有的15m直径隧道管片的足尺试验结果，包括弯矩传递系数 和轴力传递系数k:1(15m)，通过利用不同比例管片的线性公式和 ^l:l(l5m)_ 1 ^l:3(l5m) ? 计算得出弯矩传递系数的比例修正值ai和轴力传递系数的比例修正 值@1;其中所提到的足尺试验是指采用与实际管片尺寸完全相同的1:1模型进行的试验 研究，足尺试验能反映接头的真实情况； (3) 通过利用不同直径隧道管片的线性关系公式 4 1: 3 (20. 2m) _a 2 4 1: 3 ( 15m)矛口 € 1: 3 (20. 2m) =3 31:3(^)，得出弯矩传递系数的直径修正值％和轴力传递系数的直径修正值爲 2; (4) 设未知的20. 2m超大直径隧道管片的弯矩传递系数和轴力传递参数分别为4 1:1 (20. 2m)矛口 € 1:1 (20. 2m)， 再次利用不同比例管片的线性关系公式41:1=a41:3和€ 1:1=0 €1:3，可 以求得此直径隧道管片对应的足尺试验的弯矩传递系数修正值a=a2/ai和轴力传递系 数修正值3 = 3 2/旦1; (5) 根据获得的弯矩传递系数修正值a和轴力传递系数修正值0，通过反演计算即可 求得未知的20. 2m直径隧道管片的弯矩传递系数4 1:1 (20.2m)_ (a2/a 1) 4 1:1 (15m) 和轴力传 递系数 € 1:1 (2(1. 2m)_ (P2/P1) € 1:1 (15m)。
[0011] (6)针对同类型的管片与同比例的缩尺试验，可按照以上试验方式和反演计算的 方法，获得不同直径的盾构隧道管片接头设计参数。
[0012] 以下为利用上述反演算法进行计算所获得的数据： A.通过对15m直径的隧道管片进行1 :1足尺实验和1 :3的缩尺试验后，得到的弯矩传 递系数4 1:1 (15m)和4 1:3 (15m)分别为0. 21?0. 28和0. 28?0. 37,进而得到比例修正值a1 的范围为0. 7?0. 8 ;得到的轴力传递系数 €l:l(15m)和 €1:3(15m)分别为 〇.1 ?0.4 和 0.13 ? 0. 3,进而得到比例修正值0i的范围为0. 8?1. 2 ; B. 通过对20. 2m直径的隧道管片进行1:3的缩尺试验后，得到的弯矩传递系数4 1:3 (20. 2m) 为0? 30?0? 35,轴力传递系数€ 1:3 (20.2m) 为0. 35?0. 38 ;将20. 2m直径的隧道管片 与15m直径隧道管片的1 :3试验结果进行对比，得到弯矩传递系数的直径修正值a2的范 围为0.9?1. 1，轴力传递系数的直径修正值@2的范围为1.2?2.0 ; C. 将15m直径的隧道管片1 :1的足尺试验结果进行反演，经过直径修正和比例修正 后，得出20. 2m直径1 :1的衬砌接头参数分别为：弯矩传递系数？'1:1(2a2m)的范围为0. 23? 〇? 33 ;轴力传递系数€ ' 1:1 (20. 2m)的范围为0. 15?0.5; D. 根据20. 2m直径的隧道管片1 :1的足尺试验结果，其弯矩传递系数（1:1 (2Cl.2m)范围 为0. 18?0. 27,轴力传递系数€ 1:1(2a2m)为0. 2?0. 36 ;由此可见，足尺实验得到的这两种 系数的范围取值与反演计算得到的这两种系数的范围取值相接近，故可认为反演得到的管 片接头参数与实际试验得出的接头参数近似，说明通过反演的方法间接得到接头参数的方 法是可行的。
[0013] 具体的试验结果和反演结果如下表所示：
【主权项】
1. 一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法，涉及已有的A直径隧道管片 足尺试验结果，包括弯矩传递系数和轴力传递系数I1:1〇〇,其特征在于所述方法包 括如下步骤： 步骤一：开展A直径和B直径两种隧道管片的同种1:n缩尺试验，其中所述缩尺试验分 为纵缝直接头偏心受压试验和错缝夹片偏心受压试验，n大于1;通过所述缩尺试验结果获 得A直径隧道管片的弯矩传递系数（1:11〇0和轴力传递系数I1:n00，以及B直径隧道管片的 弯矩传递系数（1:1_和轴力传递系数I1:n(B); 步骤二：提取已有的A直径隧道管片足尺试验结果，包括弯矩传递系数（1:10〇和轴力 传递系数€1:1〇〇,通过公式€ ^00=^1:^，计算得出弯矩传递系数 的比例修正值a 轴力传递系数的比例修正值3 1; 步骤三：通过公式4l:n(B)_a 2 4l:n(A)矛口 &l:n(B)_ 3 2 &l:n(A)， 得出弯矩传递系数的直径修 正值a2和轴力传递系数的直径修正值3 2; 步骤四：设未知的B直径隧道管片的弯矩传递系数和轴力传递系数分别为（1:1^和 € ，并求得B直径隧道管片对应的足尺试验的弯矩传递系数修正值a=a2/ai和轴力 传递系数修正值0 0 2/旦i; 步骤五：根据获得的弯矩传递系数修正值a和轴力传递系数修正值0，通过反演计 算求得未知的B直径隧道管片的弯矩传递系数41:lte)= (a2/ai) 41:10〇和轴力传递系数 € 1:1(B厂（旦2/ 旦 1 ) € 1:1 (A)。
2. 根据权利要求1所述的一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法，其特 征在于所述n为3。
3. 根据权利要求1所述的一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法，其特 征在于所述A直径隧道管片的直径为15m。
【专利摘要】本发明公开了一种反演计算超大直径盾构隧道管片接头参数的方法，通过对比已有的缩尺模型和足尺模型的试验结果，得出该直径两种不同比例模型的隧道管片接头力学参数修正系数，按照线性关系将此系数应用于其它直径超大盾构隧道的缩尺试验结果中，反演计算出对应的超大直径盾构隧道衬砌接头的设计参数。本发明的优点是，充分利用已有的试验结果，通过间接试验的方式，可推演出不同直径盾构隧道足尺试验的管片接头力学参数，避免了直接开展大直径的足尺试验，具有明显的经济效益；得出的力学参数修正系数，可相对避免不同直径和不同缩尺比例带来的试验误差。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104615870
【申请号】CN201510034990
【发明人】杨志豪, 徐薇娜, 许熠, 管攀峰, 顾闻
【申请人】上海市隧道工程轨道交通设计研究院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月25日