用于盾构隧道纵向结构响应的分析方法，该方法结合了环形接头弯曲刚度和剪切刚度的迭代更新

《TUNNELLING AND UNDERGROUND SPACE TECHNOLOGY》：Analysis method for longitudinal structural response of shield tunnels incorporating iterative updates of circumferential joint bending and shear stiffness

　　

郭文琦|冯坤|穆海星|周一丽|杨少毅|唐若阳|何川

摘要

环形接头的弯曲和剪切性能对大截面盾构隧道的纵向内力和变形行为有着至关重要的影响。然而，大多数现有的分析方法假设接头刚度保持不变，这无法准确反映接头在复杂耦合载荷作用下的非线性行为，从而导致对隧道结构响应评估的误差。为了解决这一局限性，提出了一种用于大截面盾构隧道纵向结构响应的分析方法，该方法结合了接头弯曲和剪切刚度的迭代更新。首先，建立了一个描述接头在纵向轴向力和弯矩作用下的弯曲行为的分析模型。将接头变形分为四种不同的模式，并综合考虑了节段环向刚度和倾斜螺栓的配置特点，基于严格的椭圆截面力学推导出了双参数非线性弯曲刚度表达式。随后，对于采用倾斜螺栓和榫卯元件复合连接系统的环形接头，通过精细的数值模拟揭示了剪切力与位移之间的非线性关系，并将变形过程分为三个阶段。研究了纵向轴向力对每个阶段剪切刚度的影响，从而建立了双参数非线性剪切刚度模型。在此基础上，将非线性弯曲和剪切刚度迭代地纳入梁-弹簧模型中，形成了改进的分析方法。通过与精细数值模型的对比验证表明，所提出的方法能够准确再现盾构隧道穿越软硬异质地层时的结构响应，有效捕捉到勺形差异沉降以及软硬地层交界处剪切力和弯矩的集中现象。本研究为盾构隧道的纵向力学分析和结构安全性评估提供了可靠的理论基础和分析工具。