Page 69 - 2025年第56卷第5期

图 4 正弯矩工况下接头受力状态

表 1 各状态下端面受力平衡表达式
状态 特征 受力平衡方程
ì ï ï N = F c1 - F c2
)
)
Ⅰ h ≤ x c í ï ï M = -0.5F c1( βx c - h + 0.5F c2( ( x c - h + h ) （17）
β
î
í
Ⅱ d 1 ≤ x c < h ì N = F c ) （18）
î M = 0.5F c( h - βx c
ì N = F c - T 1
Ⅲ d 2 ≤ x c < d 1 í ) ) （19）
î M = 0.5F c( h - βx c + T 1( d 1 - 0.5h
ì N = F c - T 1 - T 2
Ⅳ 0 < x c < d 2 í ) ) ) （20）
î M = 0.5F c( h - βx c + T 1( d 1 - 0.5h + T 2( d 2 - 0.5h

将式（5）—（16）依次代入受力平衡方程组（17）—（20）中，利用 MATLAB 求解各状态下关于 θ 与 x 的
c
非线性方程组。具体求解过程为：依据弯矩类型确定接头端面参数，假定在当前荷载组合下（M、N）
接头处于状态 I，通过求解方程组（17）得到 x ，判断其是否满足状态 I 的区间特征，若满足，则输出相
c
应计算结果，并利用式（21）求得接头转动刚度 K θ ；若不满足，则代入状态Ⅱ的受力平衡方程组（18）进
行求解计算。依次类推，直至状态Ⅳ。需要说明的是，当所有状态均不满足时，表明接头受力平衡条
件或变形条件已经无法满足，结束计算。
K θ = M/θ （21）

2.4 接头力学模型与受力状态的试验验证 Zhou 等 ［15］
针对某输水隧洞双排螺栓布置形式的管片接头开展了
管片接头压弯荷载试验，接头处细部示意图见图 5。混
凝 土 管 片 采 用 C60 等 级 ， 厚 度 h 为 0.6 m， 幅 宽 b 为
1.5 m，利用 6 根 10.9 级 M39 直螺栓连接，螺栓屈服应
力 f 与弹性模量 E 分别为 940 MPa 与 210 GPa，靠近管
b b
片内侧布置 4 根螺栓，距管片外侧 d =0.44 m，外侧布
1
置 2 根螺栓，距管片外侧 d =0.25 m。 图 5 验证模型管片接头示意 ［15］
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