Page 73 - 2025年第56卷第5期

表 3 各工况荷载取值 ［33］
修正惯用法荷载/kPa 千斤顶荷载/kN
工况
p q q p q F F F F F F F F F
1 2 k w 1 2 3 4 5 6 7 8 9
无内水压（q =0） 0 2530 2450 2330 2060 1920 2220 2300 2400 2520
w
0.2 MPa 内水压（q =0.2 MPa） 200 2230 2180 2080 1620 1630 1910 2030 2090 2190
w
900 700 840 945
0.4 MPa 内水压（q =0.4 MPa） 400 1695 1625 1515 1055 1065 1345 1465 1545 1620
w
0.6 MPa 内水压（q =0.6 MPa） 600 1155 1060 950 490 500 780 900 980 1080
w
定 ［35］ ，见式（23）；对于 K ，考虑其拉压非线性，当接头处受压时仅考虑混凝土间挤压，因此抗压刚度
T
设置为无穷大，受拉时由多根连接螺栓承担，见式（24）；对于 K 利用前述迭代计算方法实现。此外，
θ
考虑到荷载与结构的对称性，为避免刚体位移，对管片衬砌环顶、底部施加水平向约束，腰部施加竖
直向约束，见图 10 中边界条件 （位移 UT=0）。同时为更真实模拟足尺试验千斤顶荷载作用效果，依据
单个千斤顶作用范围，将其等效为均布线荷载作用于梁单元。

图 10 管片衬砌梁-弹簧数值模型

7
K R = A c G c /h = 2.62 × 10 kN/m （23）
ì ï ï ∞ Δu y < 0 (受压 )
K T = í （24）
6
î n z E b A b /L b = 9.41 × 10 kN/m Δu y > 0 (受拉 )
式中：A 、G 为管片截面积、抗剪弹性模量；n 为接头处螺栓总个数。
c c z
3.2.3 迭代计算效率 以 0.6 MPa 内水压工况为例展示迭代计算过程结果，受篇幅限制，这里仅展示

接头 J1 与 J2 处结果，见表 4。从表中可见，在初始转动刚度条件下，有限元计算所得接头转角 θ 与依
cal
据接头公式修正后的 θ 相差较大，接头 J2 处甚至已达 10 倍差距。故在随后迭代过程中转动刚度依据
cor
表 4 0. 6 MPa 内水压工况迭代计算过程
J1 J2
迭代次数 转动刚度 -3 转动刚度 -3
i K ×10 / 轴力 弯矩 θ×10 /rad K ×10 / 轴力 弯矩 θ×10 /rad
8
8
θ
N/MN M/（MN·m） θ N/MN M/（MN·m）
（N·m/rad） θ θ （N·m/rad） θ θ
cal cor cal cor
0 8.010 2.762 1.247 1.557 5.787 8.010 3.313 -1.398 1.745 19.346
1 3.396 2.735 1.612 4.747 8.828 1.325 3.311 -1.156 8.727 11.018
2 2.375 2.736 1.554 6.543 8.292 1.171 3.314 -1.228 10.486 13.111
3 2.095 2.734 1.570 7.493 8.434 1.041 3.316 -1.227 11.792 13.088
4 1.971 2.733 1.576 7.993 8.487 0.987 3.316 -1.229 12.459 13.149
5 1.912 2.732 1.579 8.256 8.517 0.960 3.317 -1.230 12.813 13.179
6 1.883 2.732 1.580 8.395 8.532 0.947 3.317 -1.231 13.000 13.194

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