盾构隧道衬砌普遍采用预制的管片构件拼装而成,环向与纵向管片仅用螺栓连接。接头是装配式管片衬砌的重要部位,其结构形态具有典型非线性特征。接头的存在所引起的整环刚度降低是盾构隧道衬砌设计中必须考虑的因素。表征管片接头处变形和受力特征的重要参数是接头刚度,这一参数的特性对于隧道结构的受力状态和变形具有非常大的影响。因此,研究管片接头的力学特性及其对隧道管片结构的影响也就显得非常必要。 本文采用数值分析的手段,对盾构隧道管片接头的力学计算模式进行了有限元分析,具体进行了以下几个方面的研究工作。 (1) 对管片接头的力学行为进行理论分析,建立了接头力学计算模型。借助经典条带算法,编制了计算程序,对盾构隧道管片接头进行了分析计算。 (2) 提出了多种管片接头有限元计算模型,准确模拟了管片接头的非线性力学特征。文中所提出的平面、空间有限元模型基本能满足管片接头力学行为分析的需要。 (3) 借助通用有限元计算软件,探讨了管片接头的力学行为特性;分析了管片尺寸、荷载大小、螺栓位置、衬垫材料等因素对管片接头的影响;计算得到了管片接头的抗弯刚度值、接头处的张开量以及管片的应力水平。 (4) 结合工程实例,分析了接头对管片结构内力及变形的影响,为管片的设计提供了参考。