《沉管隧道接头力学模型的文献综述》
前言
接头刚度是表征沉管隧道接头性能的最重要参数。目前沉管隧道接头刚度的取值既无现成的解析表达式 或图表可循，也无接头力学性能试验数据支持。该文根据接头构造设计特点提出力学假定，将接头 GINA 止水带 抽象为弹簧，接头板则假定为不产生挠曲变形的刚性板，在此基础上建立了接头的力学模型。根据受力平衡方程 和变形协调方程，推导出接头刚度的解析表达式。通过与所设定的接头三维精细化基准模型在相同设计参数下的 结果对比，验证了接头力学模型及刚度解析解的合理性。最后应用该力学模型进行了接头参数敏感性分析，预测 了各种因素对接头刚度的影响规律。
正文
1理论研究
沉管接头是沉管管段之间的连接构件。由于接头部位的刚度比正常管段小得多，整个沉管隧道的 不均匀沉降等变形都集中到接头部位，使接头部位 成为受力和变形的焦点。正常管段的强度和刚度 大，耐久性、安全性均较好，因此接头成为整个沉 管隧道中最薄弱且非常关键的环节，同时也是制约 沉管隧道结构抗震设计的关键。
表征沉管隧道接头性能的最重要的参数是接头 刚度[1―5]。目前，接头刚度的取值尤其是抗弯刚度取 值尚无现成的公式或图表可循，一般是通过经验估 计或建立三维数值模型计算得到，如严松宏等[6]针对 南京沉管隧道采用多质点-弹簧模型进行纵向抗震分 析，计算中基于经验估计分别考虑接头刚接、铰接 和弹性连接三种情况;Anastasopoulos 等[7]对强震区 深水条件下某沉管隧道建立了三维精细化接头模 型并进行非线性抗震分析;丁峻宏等[8―9]提出了基 于显式有限元和高性能计算上的大规模数值模拟 仿真方法，建立了包括地基土、沉管隧道以及柔性 接头在内的全三维分析模型。一方面，经验估计的 方法缺乏理论依据[10―11];另一方面，所建立的三维 数值计算模型严格地取决于计算参数的选取，而且 由于沉管隧道接头构造复杂，如果要精确地反映接 头力学性能，需要建立庞大的接头三维精细化模 型，从而费时费力。即便如此，由于沉管隧道接头 抗弯刚度是随弯矩、轴力变化的，因而还需考虑偏 心距的影响。因此，如何建立合理的沉管隧道接头 力学模型及解析表达式是指导沉管隧道结构设计 的坚实基础。
本文基于沉管隧道接头的构造特点，提出合理 的接头模型简化假定，建立合理的沉管隧道接头力 学模型。根据受力平衡原理和几何方程，推导出能 够表征沉管隧道接头刚度的解析表达式。以接头三 维精细化有限元模型作为基准模型，通过在相同设 计条件下的接头刚度对比来验证所建立的接头力 学模型。在此基础上，结合建立的力学模型分析不 同参数对接头刚度的影响规律。
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