[發明專利]盾構隧道管片圓端形凹凸榫剪力測量方法

有效

• 申請號: 201911183997.8
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN110725699B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 肖明清;封坤;孫文昊;鄧朝輝;張力;王少鋒;龔彥峰;徐培凱;曹淞宇;劉迅
• 申請（專利權）人: 中鐵第四勘察設計院集團有限公司;西南交通大學
• 主分類號: E21D11/08
• 分類號: E21D11/08;E21F17/18
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 秦曼妮

本發明提供了一種盾構隧道管片圓端形凹凸榫剪力測量方法，包括以下步驟：在凸榫四周多個角度處以及凸榫正面中間位置處預埋多個應變計，且凸榫上部和下部預埋的應變計呈上下對稱設置，將各應變計通過聯導線連接到應變儀；凸榫受壓后，通過應變儀讀取并記錄各應變計的讀數；根據各應變計的讀數，計算凸榫與管片交接面處的剪力。本發明解決了長期以來令人困擾的凹凸榫剪力測量的問題；生產工藝簡單，只需簡單地布置應變計，即可通過相應數據測算得到目標剪力，成本低且便于操作；傳統剪力測量裝置只能測量一個方向的剪力，本發明采用應變計對稱布置，使其能同時測量兩個方向的剪力，使得在整個平面內的剪力均可通過一個測量裝置獲得。

技術領域

本發明涉及隧道工程領域，尤其涉及一種盾構隧道管片圓端形凹凸榫剪力測量方法。

背景技術

隨著城市基礎建設的發展，在城市中修建的地鐵數量越來越大。盾構法作為城市隧道施工的主要方法，長期以來在地鐵施工方法中占據主導地位，盾構管片作為盾構隧道的襯砌結構，也一直面臨著承受荷載和施工安全的嚴峻考驗。其一旦發生破損，就會對隧道的施工運營造成嚴重的影響且難以修復，接頭是管片襯砌的薄弱環節，因此，對管片結構受力特性的研究就顯得十分必要。

目前針對盾構管片結構和受力性能的研究越來越多，也涌現出一些新型管片設計，接頭帶凹凸榫的管片就是其中一種。在接頭處設置凹凸榫，有利于分擔螺栓受力和提升接頭處管片的整體性，從而優化管片在接頭處的受力性能。但是，在這樣的設計中，凹凸榫處的受力狀況不易于監測，主要體現在以下幾個方面：

1、凹凸榫與管片主體連接處主要受剪切力的作用，但目前并沒有較好的直接測量結構內部剪切力的辦法。如授權公告號為CN106525576A的發明專利公開了一種埋入式混凝土剪應力傳感器，雖然可以從理論上測得埋入點的剪應力，但需要在被測處進行開孔以埋入該應變計，可能破壞凹凸榫與管片連接處結構的整體性，產生應力集中現象，從而大大影響試驗結果，顯然是不可行的。

2、目前使用的混凝土應變片主要安裝在被測物體表面，而對于受力類似懸臂梁的凸榫而言，若采取直接測量表面應變來推算剪力的辦法，容易受到應變較小和干擾條件多等因素影響，從而使計算結果產生較大誤差。且對于混凝土這類非均質材料，通常宏觀層次上的力-變形關系并不能保證理論分析與試驗結果的一致性，即使結構表面的荷載-應變曲線相同，但其構件內力分布可能差異極大。因而，傳統的表面應變片不適用于凹凸榫處應力狀況的監測。

發明內容

本發明的目的在于提供一種盾構隧道管片圓端形凹凸榫剪力測量方法，旨在用于解決現有的方法測量凹凸榫處應力狀況結果不準確的問題。

本發明是這樣實現的：

本發明提供一種盾構隧道管片圓端形凹凸榫剪力測量方法，包括以下步驟：

(1)在凸榫四周多個角度處以及凸榫正面中間位置處預埋多個應變計，且凸榫上部和下部預埋的應變計呈上下對稱設置，將各應變計通過聯導線連接到應變儀；

(2)凸榫受壓后，通過應變儀讀取并記錄各應變計的讀數；

(3)根據各應變計的讀數，計算凸榫與管片交接面處的剪力。

進一步地，所述步驟(3)具體包括：

根據受力平衡，凸榫與管片交接面處的剪力，其值等于凸榫在z軸方向的正應力對凸榫表面的積分：

F＝∫∫σ_zdA

根據廣義胡克定律：

式中：v為混凝土泊松比，E為混凝土彈性模量，σ_z為凸榫在z軸方向的正應力，∈_x，∈_y，∈_z分別為凸榫在x軸、y軸和z軸方向的正應變，其中x軸與凸榫正面垂直，y軸與x軸在水平面共面并垂直，z軸與x軸在豎直面共面并垂直；