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拼装式顶管接头抗弯刚度及管节内力计算

冯鑫 张鹏 马保松 周浩

冯鑫, 张鹏, 马保松, 周浩. 拼装式顶管接头抗弯刚度及管节内力计算[J]. 地质科技通报, 2021, 40(2): 111-117. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0019
引用本文: 冯鑫, 张鹏, 马保松, 周浩. 拼装式顶管接头抗弯刚度及管节内力计算[J]. 地质科技通报, 2021, 40(2): 111-117. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0019
Feng Xin, Zhang Peng, Ma Baosong, Zhou Hao. Joint bending stiffness and internal force calculation of assembled pipe jacking[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2021, 40(2): 111-117. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0019
Citation: Feng Xin, Zhang Peng, Ma Baosong, Zhou Hao. Joint bending stiffness and internal force calculation of assembled pipe jacking[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2021, 40(2): 111-117. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0019

拼装式顶管接头抗弯刚度及管节内力计算

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0019
基金项目: 

国家自然科学基金项目 52008383

详细信息
    作者简介:

    冯鑫(1995—),男,现正攻读土木工程专业博士学位,主要从事非开挖顶管方面的研究工作。E-mail: cugfengxin@163.com

    通讯作者:

    张鹏(1988—),男,副教授,主要从事非开挖领域的科研和教学工作。E-mail: cugpengzhang@163.com

  • 中图分类号: TV554+.5

Joint bending stiffness and internal force calculation of assembled pipe jacking

  • 摘要: 随着顶管断面尺寸不断增大,管节的运输问题逐渐突显,拼装式顶管技术可以有效解决该问题。在现有拼装式结构接头基础上,提出了拼装式顶管管节横向接头的连接方式,并以螺栓拼装式管节为研究对象,建立了横向接头抗弯刚度计算模型,结合盾构管片梁-弹簧模型,提出了拼装式管节结构计算方法。其内力计算结果表明:拼装式和整体式管节内力分布规律基本一致;拼装式管节的侧壁弯矩小于整体式管节,顶部和底部弯矩大于整体式管节,二者内力无急剧变化;从内力分布与大小看,拼装式管节是可用的。

     

  • 图 1  拼装式顶管示意图

    Figure 1.  Sketch of assembled pipe jacking

    图 2  日本分割型PC顶管

    Figure 2.  Halved PC pipe jacking in Japan

    图 3  横向接头示意图

    Figure 3.  Construction drawing of transverse joint

    图 4  横向接头抗弯力学模型

    Figure 4.  Bending mechanical model of transverse joint

    图 5  拼装式管节梁-弹簧模型

    Figure 5.  Beam-spring model of assembled pipe

    图 6  梁-弹簧模型计算简图

    Figure 6.  Calculation diagram of beam-spring model

    图 7  圆形管节弯矩图

    Figure 7.  Bending moment of circular pipe

    图 8  矩形管节弯矩图(单位:kN·m)

    Figure 8.  Bending moment of rectangular pipe

    表  1  圆形顶管计算参数

    Table  1.   Parameters of circular pipe jacking

    项目 取值
    管节几何参数 管节尺寸:内径3.5 m,外径4.14 m,壁厚0.32 m,管节长度b=2.5 m;
    接头接缝面尺寸:h1=0.03 m,h2=0.07 m,h3=0.14 m,h4=0.22 m,h5=0.26 m,h6=0.30 m
    螺栓参数 单侧设置3颗8.8级M30弯曲螺栓,lb=0.55 m,Eb=2.1×105 MPa,fb=640 MPa,抗拉强度为800 MPa,T0=80 kN
    管周荷载 q1=95 kPa,q2=119.127 kPa,q3=29.8 kPa,q4=68.126 kPa,自重q5=7.86 kPa
    接头荷载及抗弯刚度 M=-132.5 kN·m,N=511.25 kN,根据接头抗弯刚度模型情况(7),Kθ=25 863.8 (kN·m)/rad
    下载: 导出CSV

    表  2  矩形顶管计算参数

    Table  2.   Parameters of rectangular pipe jacking

    项目 取值
    管节几何参数 管节尺寸:外尺寸6.9 m×4.2 m,壁厚0.5 m,管节长度b=1.5 m;
    接头接缝面尺寸:h1=0.03 m,h2=0.075 m,h3=0.23 m,h4=0.395 m,h5=0.44 m,h6=0.48 m
    螺栓参数 单侧设置2颗10.9级M36弯曲螺栓,lb=0.55 m,Eb=2.1×105 MPa,fb=900 MPa,抗拉强度为1 000 MPa,T0=80 kN
    管周荷载 q1=107 kPa,q2=119 kPa,q3=29.8 kPa,q4=66.918 kPa
    接头荷载及抗弯刚度 M= -279.6 kN·m,N=513.6 kN,根据接头抗弯刚度模型情况(7),Kθ=30 786.2 (kN·m)/rad
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2020-04-22

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