基于三维接触有限元分析的管片等效抗弯刚度和错台研究

发布时间：2021-08-18 14:53

　　针对盾构隧道管片接头等效抗弯刚度预测研究中,对梁-弹簧与三维模型整体等效性考虑的不充分,以三维接触有限元计算结果作为测量信息,借助基于挠度等效的反问题求解,提出了一种确定管片接头等效抗弯刚度的新方法;并利用不同轴力-偏心距组合下的反演结果,建立了基于Kriging代理模型的轴力-弯矩-等效抗弯刚度的非线性关系,提出了由此关联的管片结构非线性问题的数值求解方法。与三维有限元结果相比,所提方法可较为准确地预测管片结构的内力和变形,表现出良好的整体等效性。此外,借助三维接触有限元分析,进一步深入探讨了螺栓孔间隙与衬垫本构关系对管片纵向错台量的影响。 

【文章来源】：计算力学学报. 2020,37(05)北大核心CSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

管片接头受载示意图

图1 管片接头受载示意图将图1所示模型按梁模型等效,管片在接头处位移(挠度)连续,接头处的转角-弯矩关系为M=P L/2=kθθ(本文限于θ为有限值),由此可得梁的挠度曲线方程为

图3为直管片接头的三维有限元模型,单个直管片的长度为4 m,宽为2 m,厚度为0.7 m。管片主体部分选用8节点空间六面体单元,螺栓孔和手孔附近采用4节点四面体单元,六面体单元和四面体单元连接处采用5节点五面体单元过度;管片部分的有限元模型包含64622个单元和38113个节点。两管片间由三颗M36螺栓连接,螺栓有限元模型包含16986个8节点六面体单元,每个螺栓中间添加了PRETS179预紧力单元,并通过SLOAD命令施加了150 kN的预紧力。两管片之间,以及管片与螺栓之间存在接触关系,如图4所示。其中A处采用的是面-面接触单元模拟,用单元高斯积分点来判断接触状态,接触类型为粗糙;不考虑螺栓螺纹的影响,螺栓与管片混凝土在B处考虑为绑定接触;螺栓与螺栓孔壁有2 mm的间隙,在C处螺栓与螺栓孔壁间设置了接触单元以处理可能发生的接触;由于预紧力的存在,螺帽与管片之间不会发生滑移,故D处考虑为绑定接触。

【参考文献】：
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本文编号：3350098