[发明专利]一种钢管片负环结构及其优化设计

说明书

本发明公开了一种钢管片负环结构及其优化设计，包括钢管片负环，所述钢管片负环包括钢管片，钢管片的数量为五个，本发明涉及钢管片负环技术领域。该钢管片负环结构及其优化设计，在给不同优化部位的钢管片施加土压力之后，其环向螺栓组的应力情况在11‑15MPa之间变化，因此在这里可以不考虑螺栓本身的破坏情况的发生，通过使用商业三维软件及Abaqus仿真软件对其结构应力分布、位移大小和变形情况进行模拟分析，继而对钢管片结构布局进行优化，以达到结构更加合理化并且保证安全性要求等目的，整个结构优化本着以安全性优先，兼顾实用性和经济性的原则来进行设计优化，有利于管片的加工制造、搬运搭设和安全使用等过程顺利进行。

技术领域

本发明涉及钢管片负环技术领域，具体为一种钢管片负环结构及其优化设计。

背景技术

“桥式盾构法”(以下简称“盾构法”)是一种较为先进的顶涵施工方法，是在保留传统顶涵施工、桥涵结构路侧预制工艺的基础上，对结构顶进支护方法进行了重大改革，将明挖开槽改为地下暗挖盾构支护，暗挖推进减低了施工对行车的影响，盾构由钢柱、钢梁、盾壳、子盾构、液压推进系统、辅助机构六大部分组成，装配在第一节框架桥前端的盾构，作为带土顶进时掘进面与路基的施工支护，同时也担负顶推导向，根据不同地质情况设计盾构长度以确保中心土天然支护作用是“桥式盾构法”的关键，盾构的横向截面成简支梁桥形，其外廓尺寸与刚架桥外廓尺寸基本相同，“桥形”梁跨中滞后挖掘的大断面土体(中心土)从盾构入土直到出土前均保持1∶0.75坡比，并滞后子盾构掘进面一段距离开挖，它与盾构共同平衡周边土压，成为掘进面的强大支护体系，盾构母体中的子盾构由液压系统控制，单台组错开推进，担负减阻板的牵引及掘进面的小断面化。增强了开挖面的稳定性，被牵引的减阻板则将上部摩擦力分散。刚架桥推进前顺坡清除底板前方部分中心土体，盾构母体随刚架桥同步推进时，子盾构原推出部分被掘进面土体阻挡与子构箱体作相对运动，套回箱内，完成子盾构掘进工作循环。

在轨道交通联络通道的盾构法施工建设过程中，需要在盾构机施工挖掘的隧道中添加钢管片环，作为机体与隧道土体的支撑结构，并且能够满足循环使用的要求，而现有钢管片负环上的结构布局较为复杂，稳定性较差，同时也增加了一定的经济成本，不能同时兼顾实用性和经济性的问题，大大降低了该钢管片负环的实用性。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种钢管片负环结构及其优化设计，解决了现有钢管片负环上的结构布局较为复杂，不能同时兼顾实用性和经济性的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种钢管片负环结构，包括钢管片负环，所述钢管片负环包括钢管片，所述钢管片的数量为五个，所述钢管片负环的内壁固定连接有肋板。

本发明还公开了一种钢管片负环结构的优化设计，具体包括以下步骤：

S1、现有钢管片负环结构模型尺寸及相关数据：该通道单环管片是由五块中空结构的钢管片以及一个环楔形封顶块组成，不同管片之间用螺栓连接，每块钢管片内部有一环向和一定数量的径向肋板，排布在内外圈之间千斤顶支撑部位，为简化该模型，在该模型中，模拟工作环境中钢管片外表面所受土压力为0.3MPa，均匀施加在管片外圈表面，同时千斤顶约300t的轴向推力以11个油缸的形式作用在管片一端，采用有限元软件中的通用模块和分析模块进行计算，分析步骤，时间历程取为0.1s，并且设置自动稳定性，在不同管片接触表面采用通用接触单元接触方式，切向摩擦系数为0.28的罚函数的属性定义以契合实际的接触方式和属性，模拟工作环境中钢管片外表面情况，所受土压力为0.3MPa，经计算所得，分别均匀施加在上下表面4.281MPa和3.827MPa的分布力；