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组合推力下管片裂损形成机理及优化控制研究

姚旭飞 牛晓凯 孙晓宇 李明星

姚旭飞, 牛晓凯, 孙晓宇, 李明星. 组合推力下管片裂损形成机理及优化控制研究[J]. 岩土工程技术, 2023, 37(1): 53-59. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.01.010
引用本文: 姚旭飞, 牛晓凯, 孙晓宇, 李明星. 组合推力下管片裂损形成机理及优化控制研究[J]. 岩土工程技术, 2023, 37(1): 53-59. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.01.010
Yao Xufei, Niu Xiaokai, Sun Xiaoyu, Li Mingxing. Research on Formation Mechanism and Optimization Control of Segment Crack Damage under Combined Thrust[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2023, 37(1): 53-59. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.01.010
Citation: Yao Xufei, Niu Xiaokai, Sun Xiaoyu, Li Mingxing. Research on Formation Mechanism and Optimization Control of Segment Crack Damage under Combined Thrust[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2023, 37(1): 53-59. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.01.010

组合推力下管片裂损形成机理及优化控制研究

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.01.010
基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFC0805400)
详细信息
    作者简介:

    姚旭飞,男,1989年生,汉族,河北邢台人,硕士,工程师,主要从事地下工程加固领域的科研工作。E-mail:yxfsdsyb@163.com

  • 中图分类号: U 455

Research on Formation Mechanism and Optimization Control of Segment Crack Damage under Combined Thrust

  • 摘要: 针对施工过程中千斤顶推力作用下管片损伤问题开展研究。以苏州某地铁线路实际情况为基础,建立多环三维有限元模型,对千斤顶推力过大及推力不均综合作用下管片裂损形成、演化规律及损伤分布等进行分析,并提出相应的工程控制措施。研究结果表明:不同推力作用下,管片损伤主要沿着螺栓孔均匀分布,且内弧面损伤大于外弧面,管片的最大损伤因子呈近似线性增大,损伤面积呈非线性增加。当推力均匀分布时,管片损伤主要集中于第1环管片,当出现不均匀推力时,管片损伤会向推力较大侧转移,并逐渐向第2环和第3环管片发展,推力不均使得相同推力下管片裂缝出现的荷载提前约11%。设计施工中可以通过严格控制千斤顶不均匀推力、优化管片设计、实行分段控制等工程控制措施,减少盾构施工阶段管片裂损的形成。

     

  • 图  1  几何属性

    图  2  有限元模型

    图  3  模型边界条件

    图  4  盾构掘进千斤顶分区图

    图  5  不同推力大小及推力不均下管片损伤情况

    图  6  推力不均作用下管片损伤因子情况

    图  7  各分区最大损伤因子情况

    图  8  不同千斤顶推力情况下的损伤面积

    表  1  混凝土塑性参数

    杨氏模量
    /GPa
    泊松比剪胀角/(°)偏心率压缩强度
    比值
    屈服
    常数K
    黏性
    系数
    34.50.2380.11.160.66670.001
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    表  2  混凝土拉伸压缩特性

    单轴受压单轴受拉
    应力${\sigma _{\rm{c}}}$/Pa非弹性应变$\tilde \varepsilon _{\rm{c}}^{in}$损伤因子${d_{\rm{c}}}$应力${\sigma _{\rm{t}}}$/Pa开裂应变$\tilde \varepsilon _{\rm{t}}^{{\rm{ck}}}$损伤因子${d_{\rm{t}}}$
    2662021700326802000
    380664330.0006602750.21133831093670.0000293870.133267
    346252990.0011042210.31277427451210.0000693130.271586
    283761670.0016281890.42365322875340.0001119030.392993
    227538550.0021341480.51698919270840.0001517190.484189
    184427660.0026025650.58984816579590.0001889270.552458
    152462820.0030390520.64609712981620.0002582490.645788
    128613710.0034522570.6899879213840.0003870970.747787
    96413560.0042340780.7529726092470.0006321530.836385
    62705980.0057086960.8256543886330.0011105780.900559
    36044830.0085359320.8908752443460.0020582860.941891
    18033510.0148371400.9412051527670.0039454120.966776
    953200.0077054550.981214
    595280.0151811700.989422
    373690.029965640.994034
    173780.095309680.997719
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    表  3  钢筋本构关系

    屈服应力/Pa塑性应变
    4000000000
    4000001000.0060
    5000000000.0555
    5000001000.1000
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    表  4  千斤顶推力过大和推力不均工况设置表

    总推力/kN工况分区推力比值上分区下分区左分区右分区
    160001∶1∶1∶14.004.004.004.00
    4∶4∶5∶34.004.005.003.00
    2∶2∶3∶14.004.006.002.00
    180001∶1∶1∶14.504.504.504.50
    4∶4∶5∶34.504.505.6253.375
    2∶2∶3∶14.504.506.752.25
    200001∶1∶1∶15.005.005.005.00
    4∶4∶5∶35.005.006.253.75
    2∶2∶3∶15.005.007.502.50
    220001∶1∶1∶15.505.505.505.50
    4∶4∶5∶35.505.506.8754.125
    2∶2∶3∶15.505.508.252.75
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    表  5  最大损伤因子统计表

    推力/kN推力分区
    工况①
    1∶1∶1∶1
    工况②
    4∶4∶5∶3
    工况③
    3∶3∶2∶1
    16000 0.37260.52270.6284
    18000 0.44350.60010.6879
    20000 0.53720.66120.7595
    220000.61950.72210.8708
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  • 收稿日期:  2021-09-28
  • 刊出日期:  2023-02-08

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