目前國(guó)內(nèi)盾構(gòu)地道多選用鋼筋混凝土管片,在混凝土出產(chǎn)、運(yùn)輸、組裝和投入運(yùn)營(yíng)后都有或許出現(xiàn)裂紋,裂紋發(fā)生原因所占比例如圖1[3]所示,可見(jiàn)管片開(kāi)裂多出現(xiàn)在施工階段.盾構(gòu)管片的開(kāi)裂直接影響地道的耐久性,所以對(duì)施工過(guò)程中管片的受力過(guò)程和受力特征的剖析研討顯得尤為重要.在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中,千斤頂推力以盾構(gòu)千斤頂推力的反力形式效果于管片上,在施工中對(duì)管片部分影響[4].掘進(jìn)時(shí)為理想的狀況是管片環(huán)中線軸線與盾構(gòu)機(jī)中心軸線重合,但實(shí)踐掘進(jìn)過(guò)程中這兩條軸線的偏差不時(shí)存在,然后經(jīng)常會(huì)造成千斤頂?shù)闹行臎](méi)有效果在管片環(huán)的中心上,引起管片偏疼受壓,發(fā)生軸向彎矩,當(dāng)此彎矩到達(dá)一定程度,即會(huì)發(fā)生管片裂紋[1].許多學(xué)者對(duì)盾構(gòu)地道施工期間襯砌管片受力特征及裂紋進(jìn)行了研討[5-9],但多是針對(duì)平坦接頭的管片,很少研討帶榫管片的受力特征及裂紋分布.同時(shí),帶有裂紋的管片對(duì)錯(cuò)接連的,在多數(shù)對(duì)管片裂紋的研討中,都是將管片視作接連介質(zhì),通過(guò)數(shù)值結(jié)果中管片的應(yīng)力分布,結(jié)合一些準(zhǔn)則或剖析手法進(jìn)行的[5,8-10].擴(kuò)展有限單元法(XFEM)作為一種模擬裂紋擴(kuò)展的老練手法較少用于管片裂紋分布規(guī)則的研討中.圖1盾構(gòu)管片損壞原因Fig.1Causesofsegmentcracks本文選用ABAQUS中的擴(kuò)展有限元技術(shù)進(jìn)行了一系列的數(shù)值剖析,并將結(jié)果與實(shí)踐工程中的狀況比較,證明了XFEM的適用性,得到了凸榫管片在受多種要素影響的千斤頂效果下的裂紋分布規(guī)則.1盾構(gòu)地道管片裂紋分類在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過(guò)程中,地道管片受千斤頂反效果力、注漿壓力、盾尾密封刷的效果力及周圍土體壓力等效果[11].此外,襯砌的裝置精度和一次糾偏量與規(guī)劃考慮會(huì)有所差別[12-13].在以上要素的相互影響下,盾構(gòu)管片會(huì)出現(xiàn)不同的受力特征,如環(huán)向和縱向的軸壓及偏疼受壓、剪切和扭曲等,然后使管片出現(xiàn)不同性狀的破損和裂紋.依據(jù)裂縫出現(xiàn)的部位及方向不同,能夠分為如圖2所示的4類[6,8].(a)邊角部裂紋(b)縱向裂紋(c)環(huán)向裂紋(d)部分裂紋(接縫處)圖2裂紋品種Fig.2Cracktypes2有限元模型的樹(shù)立2.1管片尺度以某地鐵工程為例,一個(gè)管片圓環(huán)由6個(gè)管片組裝而成,包含1個(gè)封頂塊、2個(gè)鄰接塊和3個(gè)規(guī)范塊.本文選取一個(gè)規(guī)范塊進(jìn)行有限元數(shù)值核算,管片外徑6.2m,內(nèi)徑5.5m,寬1.2m,厚0.35m,如圖3.規(guī)范管片上有縱向手孔4個(gè),環(huán)向手孔6個(gè),由于管片徑向旁邊面在加載過(guò)程中或許會(huì)與相鄰管片多次揉捏及別離,故徑向旁邊面不能看作鉸鏈或固定束縛,在管片兩邊樹(shù)立兩個(gè)基座[7]用于準(zhǔn)確模擬這種雜亂的邊界條件.圖4為樹(shù)立好的模型網(wǎng)格圖.圖3管片尺度Fig.3Segmentdimension2.2材料參數(shù)混凝土塑性損傷模型所需參數(shù)如下[14]:管片混凝土彈性模量為26.48GPa;泊松比為0.167;剪脹角為15;偏疼率為0.1;雙軸與單軸緊縮強(qiáng)度比值為1.16;屈從常數(shù)為0.6667.管片混凝土的緊縮和拉伸特性見(jiàn)表1.混凝土之間及混凝土與鋼板間的沖突因數(shù)都取0.35.表1混凝土緊縮拉伸特性Tab.1Concretecompressiveandtensileproperties緊縮應(yīng)力/MPa非彈性應(yīng)變損傷變量拉伸應(yīng)力/MPa非彈性應(yīng)變損傷變量