大断面电缆研究报告.ppt

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1、大断面电缆研究报告,1.研究对象,1.1研究对象 本课题的研究对象是大断面电缆隧道(如图1-1)，其主要由以下八部分组成：(1)建筑部分(2)结构部分(3)通风部分(4)消防部分(5)电气部分(6)照明部分(7)给排水部分(8)电缆敷设部分,图11 大断面电缆隧道,1.2 大断面科研的研究内容,大断面隧道科研分为三阶段完成。第一阶段的主要研究内容为：(1)电缆隧道相关文献资料的收集与分析；(2)管片隧道试验模型的设计。第二阶段的主要研究内容为：(1)大断面电缆管片隧道（T型接口）足尺模型的建立与试验结果分析；(2)大断面隧道内部电缆布置方案及其分析；(3)大断面长距离隧道段的通风与消防模式与分

2、析；(4)大断面隧道的照明与排水方案与分析；(5)电缆内部支架、主要构件力学分析；(6)大断面隧道的通风设计计算分析；(7)电缆布置、通风、消防、照明、排水方案分析与选择；(8)初步成果在大断面电缆隧道设计中的应用；(9)提交阶段性研究报告。,第三阶段的主要研究内容为：(1)大断面电缆隧道的管片隧道模型力学分析；(2)大断面电缆隧道的管片隧道+内部结构整体力学分析；(3)大断面电缆隧道通风的计算流体动力学（CFD）模拟；(4)大断面电缆管片隧道设计与通风模式比选分析；(5)工作井、材料出入口、人员进出口的合理布置方式；(6)隧道分层布置及上下隧道层通风与控制模式；(7)研究成果在大断面电缆隧道

3、设计改进中的应用；(8)研究成果在设计中的转化确定合理断面布置、支架力学参数、通风模型与参数、照面布置等。,2.研究意义,现代化城市高负荷密度的城区，土地资源极其珍贵，架空线走廊资源愈来愈受到限制，市政规划、景观及环保的要求愈来愈高，而采用地下电缆隧道改造城区电网，可以节省线路走廊和环境资源，输、配电线路实施地下化已是势在必行。国内外电缆隧道建设的实践表明，它是城市地下空间开发利用的一种很好形式，可以把110kV、220kV高压，乃至500kV超高压直接引入中心城区，使电网与城市建设得以和谐、协调的持续发展。电缆线路在运行中，输送较大的容量同时往往会产生很大的热量，若隧道内部通风效果不理想，隧

4、道内的温度就不断升高，电缆线路的输送容量也因此会受到限制。所以研究合理的隧道内通风和消防模式，不仅能维护电缆隧道内稳定的运行环境，而且还能准确的预测隧道内部可能产生的安全隐患，防患于未然。同时，随着负荷电流变化及环境温度变化，电力电缆会发生热伸缩。电缆线芯的热胀冷缩会产生非常大的热机械力，电缆线芯截面越大，产生的热机械力就越大。线芯和金属护套还会应热胀冷缩的多次循环而产生蠕变。热伸缩对电力电缆长期运行构成威胁，会造成运行电缆位移，滑落，甚至损坏电缆及附件。针对上述情况，需要根据电缆的重量、允许牵引力、侧压力和摩擦系数、各段电缆最大敷设长度和电缆按短路电动力确定所需预固定的距离等因素，合理、有效

5、的使用隧道内空间。,在圆形电缆隧道中，若采用直立型支架（如图21所示），由于是圆形断面，直立型支架的左右两边均有较大的间隙，而且要保证中间检修通道的宽度，能敷设电缆电路的回路数相对较少，经济效果不理想。本课题采用新型的的环形支架，其弧形结构可以紧贴隧道的圆形表面，与采用直立型支架相比，在不增加外部空间资源和保证安检通道间距的前提下，合理扩展了电缆隧道内部的使用空间，增加了电缆的敷设回路数。,图21 直立型支架电缆隧道截面,因此，通过对电缆布置、通风、消防、照明、排水及内部主要受力构件的分析与选择，可以明确大断面电缆隧道的电缆布置路线，对电缆隧道内部通风机理进行深入的研究，把理论分析和实际工程联

6、系起来。从本质上去解析和解决在工程建设中遇到的各种问题，对于电缆隧道设计有至关重要的作用，其成果不仅可以为主管部门和政府决策部门提供有效的参考，而且可以提高相关工程的质量，降低造价，使之真正做到安全、经济、合理；还可以积累资料，为我国大断面电缆隧道的设计提供参考依据和研究方法，完善我国大断面电缆设计和研究作出贡献。,3.国内外研究现状,3.1国外研究现状 国外大多数城区变电站都通过电缆与电网相连，为改善城市中心商业区及其周围地区电力系统，以保证在该地区居住和工作的人能获得安全和可靠的电力供应。电缆隧道是把变电站连接起来的一种方式，但隧道并非是连接电网的唯一方式。电缆还可以敷设在市政道路下，但国

7、外开挖开挖方案往往被当地政府否决，因此变电站的连接选择了电缆隧道方案。随着国外城市，尤其是大城市、特大型城市的供电线路密度加大和电力需求的增长，将超高压线路引入市中心，推动了超高压地下输电系统的发展，相继建成不同电压等级的隧道。国外一些国家电缆隧道建设的实践主要如:日本东京电力公司（TEPCO）确定了超高压线路引入市中心计划（拟建设13条线路），建成了目前的超高压地下输电系统。这一系统以围绕市区的500kV外环系统为起点，建设尽可能靠近市中心的275kV地下输电线路。同时使各处的地下系统相互连接，确保供电的可靠性。东京电力公司在电缆隧道工程中积累了丰富的经验，现公司拥有460km的电缆隧道和2

8、70km共享隧道。,3.2国内研究现状,国内电缆隧道建设起步较晚，但近年来，国内大城市的用电负荷增长很快，原有的220kV输电系统供电已不能满足日益增长的电力需求，在大城市的市中心兴建地下变电站，通过电缆隧道敷设地下电缆线路，将更高一级电压等级500kV引入市中心已成为必然的选择。国内（包括香港）电缆隧道建设的实践主要有：(1)北京 北京是我国城市电缆隧道应用最多的城市，已建成电缆隧道总长度达360km，每年新建电缆隧道达15km。电缆隧道敷设已成为110220kV输配电电缆线路主要敷设方式之一。(2)上海 上海市电力公司经反复调研论证，提出了在今后上海城市电网建设中，原则上以电缆隧道为220

9、500kV输电线路的主干通道，已建于地下表层的电缆排管作为电力输送的支线延伸。上海市电力公司现有电缆隧道共11km，其中包括4条跨越黄浦江的电缆隧道。,4.大断面隧道建筑结构部分的研究成果,建筑部分研究成果：通过对国内外几种常用的电缆敷设方式的优缺点的比较分析，结合一些工程实例确定一种更加符合本隧道电缆敷设方式。并在直通型隧道连接处、拐弯型隧道连接处和T型隧道连接处确定合理的电缆布置方案。结构部分研究成果：通过对电缆隧道内主要的受力结构（钢环、钢柱、电缆支架等）的力学计算，确定受力构建合理的截面尺寸，并结合通用有限元软件ADINA对整个结构体系进行整体的屈曲分析，验算力学计算的结果。并对钢环、

10、钢柱、电缆支架、预应力混凝土板、衬砌等构件的防火、防锈及防腐措施提出了建议。,4.1大断面内部电缆布置方案及分析,4.1.1隧道电缆布置方案 由于各电缆隧道的输电能力要求各不一样，其截面电缆布置方案也会有所差别。,图41的方案把电缆隧道分为上下两层。这样，隧道可以分为上下两个防火分区，当隧道上层发生火灾时，由于混凝土板的阻隔（混凝土板涂过阻燃材料），火势不会向下层蔓延，上层的人员也可以逃到隧道下层，减少生命财产的损失。然而，由于隧道内设置了混凝土板，隧道每层的纵向高度与原来不分层相比减小了一倍。隧道内设备及构件安装时，进入隧道内的施工设备受隧道内竖向高度的限制，增加了施工的难度。,图41 隧道

11、分层时电缆布置图,图42的方案为隧道内未分层时的电缆布置方案，隧道内部结构布置比较简单，隧道内未设置混凝土隔板，空间内净高与隧道内分层时每层净高相比大了一倍，内部电缆支架的布置可以更加灵活。然而，由于隧道直径比较大，上部电缆敷设时高度比较高，敷设难度增加。隧道内最多也只可布置16回电缆。,图42 隧道未分层时电缆布置图,左图43 钢柱上布置的电缆支架大样,右图44 钢环上布置的电缆支架大样,4.1.2电力电缆敷设,(1)“一”字形布置与“品”字形布置 在电缆隧道内敷设的110kV电压等级的高压电缆(电压高、截面大、负荷大)基本上都采用单芯电缆，其布置除需考虑满足散热条件以外，还要考虑电缆对邻近

12、导体的影响以及电缆之间的相互影响。单芯交流电缆的布置方式包括“品”字形布置和“一”字形布置。(2)金属护套接地方式 单芯电缆金属护套接地方式可分为单端接地、双端接地和交叉互联接地等三种 从工艺角度考虑，双端接地最简单，交叉互联接地最复杂，单端接地居中。从安全接地、短路动作可靠性角度考虑，双端接地和交叉互联接地更为有利，贯通的金属护套可视为一根良好的接地线。,(3)电缆的蛇形敷设设计 在隧道支架上敷设的单芯交联电缆与敷设在排管内的不同，因为在隧道支架上敷设的电缆能沿半径方向滑移不如排管那样受到管壁阻碍，当电缆在轴向伸长时其伸缩量往往会集中到电缆盘绕残留弯曲处，使电缆从支架上隆起而产生不规则的热伸

13、缩滑移现象，为防止该类不规则的滑移一般是采用连续蛇形敷设方法。改方法是利用各个蛇形弧幅宽来吸收电缆的热伸长量，为缩小工作井提供条件。(4)水平蛇形敷设 根据国外电缆热伸缩的研究，因电缆温度变化而产生的轴向力除了与电缆本体的抗弯强度和因电缆本体重量产生的摩擦力有关外，还与蛇形弧的弯曲刚性，线膨胀系数温升电缆单位重量以及电缆支持器材的摩擦系数有关。水平蛇形的支架布置一般在1.5m2m间距，比垂直蛇形小一半，电缆的重量能比较平均地分配在各个支架上，对单根支架及横担的受力要求较低。,(5)垂直蛇形敷设 垂直蛇形敷设一般采用4m以上的蛇形间距，与水平蛇形敷设相比可以大大减少支撑的支架横担数量，如图45所

14、示。,图45 垂直蛇形敷设侧视图,图46 隧道电缆蛇形敷设,水平蛇形敷设蛇形段需搁置在支架上，当电缆发生热伸缩时电缆表面将与横担产生移动摩擦，而垂直蛇形敷设在支持点之间电缆自然下垂，避免了这个问题。日本新丰洲变电站电缆隧道所采用的就是电缆垂直蛇形布置形式，见图46。,(6)竖向工作井电缆布置方式对于电缆竖井来说，电缆的主要固定方式有3种，如下表所示。,适用场所,敷设示意图,方式,4.1.3隧道段交接处电缆布置,根据电力工程电缆设计规范（GB50217-94），电缆的路径选择，应符合下列规范：1、避免电缆遭受机械性外力、过热、腐蚀等危害。2、满足安全要求条件下使电缆较短。3、便于敷设、维护。4、

15、避开将要挖掘施工的地方。为了便于电缆隧道运营后的管理维修，在电缆的布置时沿隧道全线均应留出有足够的空间作为人行通道。隧道的中间段，由于电缆均贴墙壁走向，此问题较易解决。而在隧道连接处，由于电缆数目较多，方向复杂，易出现不同电缆在线路上的交叉，或者阻碍人行通道。为此，在电缆布置时，应进行合理的规划、设计，使电缆尽量沿隧道侧壁敷设，从而避免不同线路电缆的交叉问题。图47、图49、图48分别是直通连接处、T型连接处和拐弯连接处的电缆布置示意图,图47 直通连接处,图48 拐弯连接处,图49 T型连接处,图410 电缆敷设示意图,图411 工作井剖面图,4.2电缆内部支架、主要构件力学分析,4.2.1

16、主要受力构件的防火处理 因为在火灾发生后，若钢环、钢柱、混凝土板等主要的受力构件受到破坏将很难重新施工，所以要确保这些构件能在火灾发生时能继续承受荷载，在火灾发生后不用较大的修复就能继续使用，确保电缆隧道的使用年限，需要对这些构件进行防火处理。4.2.1.1钢环、钢柱等钢结构的防火防锈处理措施 1、钢结构的防火措施 由于缺少明确的隧道内钢结构的防火规范，建议依据建筑钢结构防火技术规范（CECS 200：2006）要求，主要受力构件钢环、钢柱的的耐火极限不低于23小时，当钢结构采用防火涂料保护时，可采用膨胀型和非膨胀型防火涂料，钢结构防火涂料的技术性能除应符合现行国家标准钢结构防火涂料（GB 1

17、4907）的规定外，尚应符合下列要求：,（1）生产厂家应提供非膨胀防火涂料导热系数（500时）、比热容、含水率和密度参数，或提供等效导热系数、比热容和密度参数。非膨胀型防火涂料的等效导热系数可按建筑钢结构防火技术规范（CECS 200：2006）附录的规定测试。（2）主要成分为矿物纤维的非膨胀型防火涂料，当采用干式喷涂施工工艺时，应有防止尘粉、纤维飞扬的可靠措施。,钢结构防火保护措施应按照安全可靠，经济实用的原则选用，并考虑一下条件：（1）在要求的耐火极限内能有效地保护钢构件。（2）防火涂料应易于与钢构件结合，并对钢构件不产生有害影响。（3）当钢构件受火产生允许变形时，防火保护涂料不应发生结构

18、性破坏，仍能保持原有的保护作用直至规定的耐火时间（4）施工方便，易于保证施工质量。（5）防火保护材料不应对人体有毒害。（6）复层涂料应相互配套，底层涂料应能同普通防锈漆配合使用，或者底层涂料自身具有防锈功能。（7）膨胀型防火涂料的保护厚度应通过实际构件的耐火试验确定。鉴于上述因素，建议钢环、钢柱及电缆支架等钢结构采用防火涂料进行处理。防火涂料的保护工程质量控制应符合相关规范的要求。,2、钢结构构件的防锈措施 钢结构锈蚀根据周围的环境、空气中的有害成分（酸、盐等）及温、湿度和通风情况的不同，可分为两类：化学锈蚀和电化学锈蚀。钢结构表面与周围介质直接化学反应而产生的锈蚀称为化学锈蚀。而钢结构在存放

19、和使用中与周围介质之间发生氧化还原反应而产生的腐蚀属于电化学锈蚀。钢结构的防腐蚀，除了要彻底除锈外，还应悬着使用防锈性能好的涂料，选用涂料是应根据结构所处的环境、使用功能、经济性和耐久性、稳定性等因素来选用合适的防锈涂料。钢结构的防腐蚀方法有四类：（1）钢材本身抗腐蚀，即采用具有抗腐蚀能力的耐用钢材。（2）长效防腐蚀方法，即用热镀锌、热镀铝（锌）复合涂层进行刚才表面处理，使钢结构的防腐蚀年限达到2030年，甚至更长。（3）涂层 法，即在钢结构表面涂（喷）油漆或者其他防腐蚀涂料，其耐久年限一般为510年。（4）对水下火地下钢结构采用阴极保护，即电化学保护的方法。,4.1.1.2混凝土板及衬砌的防

20、火处理措施 1、隧道防火涂料的防火原理 从燃烧的条件知道，要使燃烧不能进行，必须将燃烧的三个要素中的任何一个因素隔绝开。如果以难燃或者不燃的涂料将可燃物表面封闭起来，避免与空气接触，使可燃物表面变成难燃或者不燃的表面。2、隧道防火涂料的基本组成隧道防火涂料主要由主粘结剂、辅助粘结剂、膨胀剂、阻燃剂、防水剂等成份组成。根据隧道火灾特点和隧道设计规范及标准，选用的防火涂料应该具有以下特征：（1）改涂料燃烧时应没有毒气体产生，并趋向于环保型，以便于隧道火灾的灭救及隧道的修复。（2）隧道防火涂料不仅要考虑涂料的耐火性能，还必须兼顾涂料的附着性。（3）应充分考虑施工的方便性和效率，涂料应既可以人工抹涂，

21、又可以机械喷涂。（4）应根据建筑构件耐火性能试验方法、建筑构件防火喷涂材料性能的试验方法等相关规范对涂覆试板的耐火极限进行试验。,4.2.2钢环计算 在电缆隧道中，电缆的的重量直接影响其内部支架的选型。如何保证电缆和钢筋混凝土板的重量能够安全的传递给下部，经分析研究，建议采用自平衡体系（见图412）。,图412 隧道内部钢架截面图,4.2.2.1圆环钢架计算,如图412所示，在电缆隧道中，电缆及其支架，钢环，钢柱等受力结构的布置均采用对称布置的方法。左右两侧的电缆应至下而上同时敷设，以保证在电缆敷设时，钢环、钢柱等受力结构承受对称荷载。,图412 隧道内部钢架截面图,同时，钢环采用的柱脚形式为

22、铰接，而钢环中部（B点）存在预应力混凝土板对其的支撑作用。故钢环的受力模型可以简化为如图413所示。整个结构采用力法进行内力计算，其计算模型见图414。,图413 对称计算模型,图414 计算简图,4.2.2.2钢环片与钢环片之间的连接 焊缝强度满足要求。由于在管顶的连接板受力更小。所以采用同此处一样的设计便可以满足要求。,图416 焊缝截面,4.2.2.3钢环支座设计,图417 柱脚截面示意图,4.2.3梁柱设计 4.2.3.1梁截面设计 梁截面钢材选用Q235钢，截面形式选用角钢，梁两端与柱子连接形式为铰接。,图418 结构构件平面布置图,4.2.3.3 GL3、GL4截面设计,GL3的结

23、构计算简图如图419所示：,图419 GL3计算简图,4.2.3.5 钢柱设计,1、GZ2截面设计：（1）确定截面尺寸 采用Q235普通14#工字钢，截面尺寸见图20（c）。（2）计算截面特性（3）验算柱子的整体稳定,图420 柱受力图简化图,4.2.3.6 螺栓焊缝计算,图421 螺栓连接示意图,图423 螺栓连接示意图,4.2.3.7 柱脚设计 柱脚采用构造设置。具体尺寸见柱脚详图425,图425 柱脚详图,4.2.4电缆支架和预应力板设计4.2.4.1110kv支架设计,图426 110kv支架,4.2.4.2220kv支架设计,4.2.4.3预应力板计算,图428 预应力板的截面形式,

24、4.2.5计算结论,如图429所示，在整个受力结构中，电缆的重量通过电缆支架直接传给钢柱和钢环，混凝土板的重量则通过钢梁传给钢柱和钢环。由于整个钢环结构相当于一个自平衡体系，传递到钢环上的电缆及其支架荷载没有传到与钢环接触的管片上，而是将钢环上的电缆及其支架荷载转化了钢环内部的轴力，然后传于下部混凝土中，大大减小了钢环上的集中弯矩。通过计算表明，钢环、钢柱、钢梁及电缆支架危险截面上的轴力、弯矩、剪力及整体稳定性均满足要求。,图429 隧道内部截面图,4.3内部结构的有限元分析 采用ADINA软件提供的非线性屈曲分析模块对隧道内部结构的整体的屈曲分析。4.3.1几何模型的建立 运用通用有限元软件

25、ADINA建立几何实体模型1和模型2。模型1为试验段的几何模型。模型1钢柱工字钢翼缘沿隧道纵向方向。,（a）整体几何模型,（b）局部几何模型,图430 模型1的几何模型,模型2为初步设计的几何模型，模型2的界面尺寸大于模型1的截面尺寸，且两者在钢柱布置方式和钢柱上电缆支架的布置方式不一样，模型2钢柱工字钢翼缘沿隧道横向方向，相应的电缆支架的布置方式也有所变化，分别见图430（b）和图432（b）。,（a）整体几何模型,（b）局部几何模型,图431 模型2的几何模型,4.3.2有限元模型的建立 4.3.2.1荷载条件 结构体系上的荷载主要有两部分组成：第一部分为位于电缆支架上的电缆自重，110千

26、伏电缆支架上的重力荷载为1.14105N，220千伏电缆支架上的重力荷载为1.788105N，以压力的形式作用子电缆支架；第二部分为位于钢环牛腿上的预应力混凝土板自重及其上面的活荷载，刚环上一共有四个牛腿，每侧两个，钢柱上一共有两个牛腿，每侧一个，每个腿上承受的集中荷载约为8500N。4.3.2.2几何边界条件 结构体系的几何边界由钢环、钢柱柱脚，预应力混凝土板对钢环及钢柱的横向支撑，衬砌上的连接件对钢环的法线约束。钢环、钢柱柱脚限制了钢环及钢柱的X方向和Y方向的位移，混凝土板对钢环及钢柱的横向支撑限制了钢环及钢柱Y方向的位移。,图432 模型1荷载及几何边界条件,图433 模型2荷载及几何边

27、界条件,4.3.2.3材料的本构模型 几何模型的材料采用Q235钢，其弹性模量E=2.061011N/m2,泊松比=0.3，屈服应力取4108N/m2。材料本构模型采用理想弹塑性模型，假定屈服点以前钢材为完全弹性的，屈服点后则为完全塑性，其应力-应变曲线表现为双直线（见下图）。,图434 材料本构模型,4.3.2.4有限元网格 各模型有限元网格的划分采用10节点的六面体单元，运用Delaunay自由网格划分方式，在电缆支架与钢环及钢柱连接处自动加密，以便获得更加稳定的网格（模型1和模型2的网格划分图如下）。,（a）整体网格模型,（b）局部网格模型,图435 模型1有限元网格,（a）整体网格模型

28、,（b）局部网格模型,图436 模型1有限元网格,4.3.3计算结果 4.3.3.1模型1计算结果 模型1计算结果的求解一共分为十个时间步，每个时间步的时间间隔为0.02秒，总共时间为0.20s。图437列举了模型1在初始状态、第三个时间步后、第七个时间步后、第十个时间步后的变形图，反映在荷载不断加大的情况下模型1位移不断加大，直至屈曲的过程。,（a）结构初始变形状态,（b）第三个荷载步后结构变形,（c）第七个时间步后结构变形,（d）第十个时间步后结构变形,图437 结构在加载下的变形,图438显示了模型1的力-位移曲线，表明当钢环上牛腿的集中荷载达到2.4104N后模型1屈曲，而通过荷载计算

29、每个牛腿上的集中荷载为8.5103N。,图438 力-变形曲线,图439、图440和图441显示了模型一在第三个时间步后，第七个时间步后和第十个时间步后的等效应力云图，表明在电缆支架与钢环、钢柱连接处，钢环与钢柱连接处，及钢环与牛腿连接处为模型比较薄弱的地方，这些的地方的应力相对较大，很容易达到屈服，从而会影响整个结构体系的整体承载能力。,（a）整体等效应力云图,（b）支架处等效应力云图,（c）钢柱顶端等效应力云图,（d）牛腿等效应力云图,图439 第三个时间步后结构等效应力云图,（a）整体等效应力云图,（b）支架处等效应力云图,（c）钢柱顶端等效应力云图,（d）牛腿等效应力云图,图440 第

30、七个时间步后结构等效应力云图,（a）整体等效应力云图,（b）支架处等效应力云图,（c）钢柱顶端等效应力云图,（d）牛腿等效应力云图,图441 第十个时间步后结构等效应力云图,4.3.3.2 模型 2 计算结果,图442列举了模型1在初始状态、第三个时间步后、第七个时间步后、第九个时间步后的变形图。,（a）结构初始变形状态,（b）第三个时间步后结构变形,（c）第七个时间步后结构变形,（d）第十个时间步后结构变形,图442 结构在加载下的变形,图443 力-变形曲线,图444、图445和图446显示了模型一在第三个时间步后，第七个时间步后和第十个时间步后的等效应力云图，表明在电缆支架与钢环、钢柱连

31、接处，钢环与钢柱连接处，及钢环与牛腿连接处为模型比较薄弱的地方，这些的地方的应力相对较大，很容易达到屈服，从而会影响整个结构体系的整体承载能力。,（a）整体等效应力云图,（b）支架处等效应力云图,（c）钢柱顶端等效应力云图,（d）牛腿等效应力云图,图444 第三个时间步后结构等效应力云图,（a）整体等效应力云图,（b）支架处等效应力云图,（c）钢柱顶端等效应力云图,（d）牛腿等效应力云图,图445 第七个时间步后结构等效应力云图,（a）整体等效应力云图,（b）支架处等效应力云图,（c）钢柱顶端等效应力云图,（d）牛腿等效应力云图,图446 第九个时间步后结构等效应力云图,4.4 大断面电缆隧道

32、的管片隧道模型力学分析4.4.1盾构隧道管片接头力学行为的数值试验,盾构隧道使用的管片接头构造复杂，也是盾构隧道装配式管片衬砌环的薄弱环节，它很大程度上控制着衬砌结构整体的变形和承载能力，其造成的衬砌环整环刚度降低是盾构隧道设计中必须考虑的控制性因素之一，因而接头抗弯刚度的取值成为管片设计中一个非常重要的问题。本节结合有限元建立管片精细的三维有限元数值模型，考虑管片的手孔、螺栓孔、弯曲螺栓、橡胶止水条和软木衬垫等各部分，采用相关接头荷载的加载方法及加载制度，重点研究盾构隧道管片接头刚度和强度、接头及手孔附近区域的应力分布规律，分析管片接头应力分布及薄弱部位，研究螺栓轴力在不同偏心距荷载下的变化

33、规律，并将数值试验结果与室内试验结果对比。,4.4.1.1 管片试件情况,接头荷载数值试验以一对标准块管片组成的接头为研究对象，标准块管片的尺寸见图447。,图447管片标准块构造详图,4.4.1.2 数值试验模型的建立,（1）管片混凝土本构模型及参数,图448 ADINA中混凝土的单轴应力应变关系,ADINA中使用的二轴受拉破坏包络线、三维受拉破坏包络线和三轴受压破坏包络线如图449图451所示。,图449 ADINA中混凝土二轴破坏包络线,图450 ADINA混凝土三维受拉破坏包络线,左图451 ADINA混凝土三轴受压破坏包络线,（2）其他部分材料模型（3）考虑的因素及网格划分 程序在设定为Glue Mesh的两个面之间自动加入约束方程，从而实现两个面之间位移的连续，具体形式见图452，图中加粗的虚线就是不连续网格之间的连接面。,a）二维不连续网格的连接,b）三维不连续网格的连接,图452 Glue Mesh功能对不连续网格的连接,