螺栓失效对盾构隧道管片纵缝接头抗弯性能的影响研究.pdf

螺栓失效对盾构隧道管片纵缝接头抗弯性能的影响研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版Vol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023文章编号：1009-6582（2023）04-0128-10DOI:10.13807/ki.mtt.2023.04.014收稿日期：2023-04-04修回日期：2023-05-02基金项目：国家自然科学基金（52078430，51878569）.作者简介：漆美霖（1997-），女，硕士研究生，主要从事隧道结构设计与施工研究工作，E-mail:qmlT.通讯作者：封 坤（1983-），男，博士，教授，主要从事隧道与地下工程方面的研究与教学工作，E-mail：.螺栓失效对盾构隧道管片纵缝接头抗弯性能的影响研究漆美霖 封 坤 郭文琦鲁选一 何 川（西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室，成都 610031）摘要：为探究盾构隧道在螺栓失效后或在特殊条件下无法安装螺栓时管片接头的抗弯性能，以济南黄河隧道为工程背景，基于ABAQUS建立大直径盾构隧道管片有无螺栓接头的三维精细化数值计算模型，分析管片接头在有无螺栓连接情况下受正弯矩和负弯矩作用时接缝面张开角、抗弯刚度、螺栓应力随接头内力的变化以及接头受压损伤规律。结果表明：（1）螺栓失效对于接缝张开角的影响主要体现在接头受力状态的后半段，且接头所受轴力越大，螺栓对于接缝张开角的影响越弱；（2）无螺栓条件下接头的抗弯刚度更小，且负弯矩作用下接头抗弯刚度的降低程度小于正弯矩作用下接头抗弯刚度的降低程度；（3）负弯矩作用下螺栓屈服时的弯矩大于正弯矩作用下螺栓屈服时的弯矩；且接头所受轴力越大，螺栓屈服时所对应的弯矩值越大；（4）高轴压作用下盾构隧道管片受压损伤几乎不受螺栓的影响。关键词：盾构隧道；螺栓；管片接头；三维模型；抗弯性能中图分类号：U451+.4文献标识码：A引文格式：漆美霖，封 坤，郭文琦，等.螺栓失效对盾构隧道管片纵缝接头抗弯性能的影响研究J.现代隧道技术,2023,60(4):128-137.QI Meilin,FENG Kun,GUO Wenqi,et al.Study on the Influence of Bolt Failure on Bending Strength of Longitudinal Joint ofShield Tunnel SegmentsJ.Modern Tunnelling Technology,2023,60(4):128-137.1引 言盾构隧道衬砌结构由若干弧形管片拼装而成，管片与管片间通过螺栓或其他方式连接1。管片接头承担着传递弯矩、轴力以及剪力的作用，其结构的接触状态、传力方式以及破坏形态等将直接影响整体管片衬砌结构的力学性能，其中管片接头的抗弯性能将直接影响整体管片衬砌结构的受力性能2。因此，为准确评价管片衬砌结构整体的力学性能，研究管片接头的抗弯力学特性具有重要意义。针对盾构隧道接头性能，已有部分学者进行了一系列研究。封 坤等3采用足尺试验探讨了高轴压作用下盾构隧道复杂接缝面管片接头的抗弯性能、承载性能、破坏特征。刘四进等4建立了能够表征盾构隧道管片螺栓屈服、接缝面混凝土开裂与压碎以及接头破坏的管片接头抗弯力学模型，并结合接头抗弯足尺试验与模型计算对大断面盾构隧道管片接头的抗弯性能进行了对比分析。郭 瑞等5运用有限元计算软件结合管片接头原型抗弯试验对环向管片的接头抗弯刚度进行了研究。彭益成等6结合足尺荷载试验得到的试验值与采用三维非线性弹塑性数值模拟得到的模拟值，研究了单层衬砌输水隧洞管片接头的抗弯力学特性。曾东洋等7对南京地铁区间盾构隧道管片接头的受力情况采用三维有限元法进行了数值模拟计算，对不同荷载作用下管片接头的变形、转角和抗弯刚度进行了研究。张 力等8依托某输气盾构隧道工程，开展了原型管片弧形接头抗弯试验，讨论了弧形管片接头破坏的发生、发展与接头变形的关系。肖明清等9建立了盾构隧道管片接头抗弯承载力求解算法，并将计算结果与接头足尺试验结果进行了对比分析，验证了理论模型的正确性。龚琛杰等10针对盾构隧道钢纤维混凝土管片接头开展了足尺试验，对比分析了其力学响应特128螺栓失效对盾构隧道管片纵缝接头抗弯性能的影响研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版性、极限承载力与传统钢筋混凝土管片接头的区别。张稳军等11建立了斜螺栓的三维实体模型，分析了管片纵缝斜螺栓接头在荷载作用下的受力变形规律以及不同等级普通螺栓和高强螺栓对接头受力变形性能的影响。吴永照等12开展了矩形隧道管片接头抗弯性能足尺试验，探讨了管片接头的受力机制，验证了抗弯承载力理论计算的准确性。何历超等13依托北京东六环改造工程进行数值模拟研究，分析了轴力、斜螺栓角度、螺栓预紧力对接头抗弯刚度和极限承载力的影响。方若全等14通过数值模拟的方法研究了高轴压受正弯情况下、不考虑单元损伤时螺栓失效对抗弯性能的影响。柳 献等15针对滑入式快速连接件对纵缝接头的极限承载性能、破坏过程和破坏状态进行了探究，并比较分析了弯螺栓、直螺栓和滑入式快速连接件三种连接形式对接缝受力性能的影响。王海峰等16建立了压弯作用下管片环向接头分段受力性态的理论解析模型，且通过数值分析验证了接头分段力学模型的合理性。陈枰良等17建立了管片接头正接触非线性力学模型，并用接头试验结果验证了模型的合理性。崔庆龙等18通过数值模拟研究了大直径盾构隧道管片纵缝三斜螺栓接头在不同轴压下的力学特性。肖明清等19通过足尺接头压弯试验探究了采用快速连接件的盾构隧道纵缝接头破坏模式和受力性能变化规律。薛光桥等20使用遗传算法开发了盾构隧道管片结构位移反分析程序，利用程序将反演接头刚度值与实际管片接头刚度值进行对比，验证了程序的可行性。可见，既有研究主要集中在有螺栓情况下的接头抗弯性能的研究，而鲜有对无螺栓情况下接头抗弯性能的研究。随着盾构隧道建设数量的日益增长，其结构耐久性问题愈发凸显，隧道在运营多年后会出现衬砌结构的混凝土劣化、钢筋和螺栓锈蚀等问题21，因耐久性等多种复杂因素造成螺栓失效难以避免。螺栓失效后盾构隧道面临着长期安全性的挑战，且存在因高轴压等特殊条件或拼装误差导致螺栓无法安装的情况，因此研究无螺栓情况下接头的抗弯性能有重要意义。鉴于此，本文以济南黄河盾构隧道为研究对象，基于有限元软件ABAQUS建立大直径盾构隧道管片无螺栓接头的三维精细化数值计算模型，分析研究管片接头在无螺栓连接情况下的抗弯性能和破坏特征。2工程概况济南黄河隧道工程位于济南市天桥区，穿越地层以第四系粉质黏土为主，多夹砂层及钙质结核层，其分布不均匀，局部富集成层，隧址区地貌形态为冲积平原，地势较为平坦。该工程为下穿黄河的盾构隧道，全长3 850 m，盾构段长2 519 m，管片内径为13.9 m，外径为15.2 m，管片厚度65 cm，幅宽2 m。每环管片环分成10块，包括1块封顶块F，2块邻接块L1、L2和7块标准块B1B7（图1）。图1 隧道横断面Fig.1 Cross section of the tunnel管片的混凝土等级为C60。管片之间采用3根强度等级为8.8级的M36螺栓连接。管片纵缝接头构造如图2所示。图2 管片纵缝接头构造Fig.2 Structure of longitudinal joint of segment3数值计算模型3.1模型概述根据张厚美等22的研究结果，在评价管片接头129螺栓失效对盾构隧道管片纵缝接头抗弯性能的影响研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版Vol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023的抗弯刚度时，用平板管片代替圆弧管片得到的受力和变形规律近似相同，因此在本计算中采用平板管片进行建模。根据封 坤等3的研究结果，经数值模拟得到的采用1/3幅宽的计算结果和采用全幅宽的计算结果相差约1%，因此在数值计算中试件宽度采用1/3幅宽进行建模分析，以减少计算工作量。数值模型如图3所示。图3 数值模型示意Fig.3 Schematic diagram of numerical model数值模型尺寸及接缝细部构造如图4所示，其中单块管片的长、1/3幅宽和高分别为1.3 m、0.668 m和0.65 m。图4 数值模型尺寸（单位：mm）Fig.4Numerical model dimensions(Unit:mm)根据管片配筋图纸，进行钢筋笼的设计，配筋形式和配筋率与原型保持一致，在有限元软件中建立钢筋笼实体模型，钢筋笼尺寸、各位置钢筋直径如图5所示。3.2荷载施加模式边界条件设定管片接头模型的边界条件及荷载施加模式如图6所示，为使管片纵缝在接缝处受到纯弯矩作用，模型的一端采用固定铰支座，另一端采用可动铰支座，以使接头部位不产生赘余力。模型所受的弯矩和轴力是分别通过施加两端轴图5 钢筋笼实体模型示意（单位：mm）Fig.5 Schematic diagram of solid model of rebar cage(Unit:mm)图6 模型加载示意Fig.6 Schematic diagram of model loading压荷载N和上部压力荷载Fm来实现的。管片接头处所受轴力值大小即为轴压荷载N，而所受弯矩值大小即为M=Fma+Nd。通过改变上部压力荷载Fm的大小和方向来分析不同大小、正负弯矩的变化对管片接头力学性能的影响。其加载模式见图6，螺栓预紧力Fb取100 kN。3.3材料参数及本构关系混凝土试件、螺栓、垫片、套筒均采用C3D8R减缩积分单元建模，钢筋采用T3D2桁架单元建模，支座采用R3D4刚性单元建模。计算过程中忽略了连接螺栓与套筒、套筒与接头试件、接头试件与支座的摩擦作用，选用Tie约束进行求解计算。接头缝面之间、螺栓外侧与螺栓孔、螺帽与垫片、垫片与手孔内侧壁之间采用面-面接触模拟，法向均采用硬接触，切向设置罚函数，摩擦系数取值如表1所示。表1 各接触面摩擦系数取值Table 1 Value of friction coefficient of each contact surface接触面摩擦系数接头缝面0.55螺栓外侧-螺栓孔0.15螺帽-垫片0.3垫片-手孔内侧0.25130螺栓失效对盾构隧道管片纵缝接头抗弯性能的影响研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版3.3.1混凝土混凝土等级为C60，其相关力学性能指标见表2。表2 C60混凝土参数Table 2 Parameters of C60 concrete弹性模量/GPa36.5泊松比0.2密度/（kgm-3）2 600抗拉强度标准值/MPa38.5抗压强度标准值/MPa2.85数值计算中采用混凝土塑性损伤（CDP）模型。CDP模型采用的是混凝土在单轴受力状态下的应力和非弹性应变，这里的非弹性应变是根据混凝土的单轴应力-应变关系即混凝土本构关系换算出来的。在此采用 混凝土结构设计规范23提供的混凝土本构关系确定CDP模型中的参数。为了准确模拟混凝土的实际塑性变化，在参考了大量关于混凝土损伤参数的相关研究后，选择的CDP模型的参数如表3所示。表3 CDP模型破坏准则参数Table 3 Parameters of CDP model failure criteria参数取值膨胀角/（）38偏心率0.1双向/单向抗压强度1.16不变应力比2/3黏聚系数110-43.3.2螺 栓济南黄河隧道管片螺栓为8.8级的M36高强螺栓，为简化计算，螺栓采用双线性应力-应变本构关系，即当螺栓应力达到屈服应力后，螺栓的弹性模量为原本的1/100，如图7所示。根据 钢结构设计标准24可知，8.8级高强螺栓屈服强度和抗拉强度分别为640 MPa和800 MPa，弹性模量为210 GPa，泊松比为0.3。图7 双线性应力-应变曲线Fig.7 Bilinear stressstrain curve3.3.3钢 筋管片中采用HPB300及HRB400两种钢筋，均采用双线性应力-应变本构关系，其本构关系如图7所示。具体材料参数见表4。表4 钢筋材料参数Table 4 Parameters of rebar material钢筋类型HPB300HRB400屈服强度/MPa300400抗拉强度/MPa400540弹性模量/GPa210210泊松比0.30.33.4分析步与计算工况设置分析步步长为1 s，轴力施加0.1 s后施加弯矩。荷载加载幅值曲线如图8所示。图8 荷载加载幅值曲线Fig.8 Loading amplitude curve通过采用梁-弹簧计算模型对济南黄河隧道典型断面管片结构内力进行初步计算，得到管片轴力约为4 500 12 000 kN。按前文所述，本文中试件宽度采用1/3管片幅宽进行建模计算，故本文的荷载也取实际荷载值的1/3，以轴力500 kN为增量，计算中N值取1500kN、2000kN、2500kN、3000kN、3500kN、4 000 kN，按照正、负弯矩和有无螺栓分为四类，共设置24种工况。4计算结果分析4.1接缝变形选取张开角、抗弯刚度两个参数来分析管片接缝变形，这两个参数随接缝面弯矩的变化规律如图9图15所示。4.1.1张开角图9为轴力为4 000 kN条件下接缝张开角与弯131螺栓失效对盾构隧道管片纵缝接头抗弯性能的影响研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版Vol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023图9 轴力为4 000 kN时接缝张开角与弯矩关系曲线Fig.9 Relationship curve between opening angle of joint andbending moment under 4000 kN axial force矩的关系曲线。从图9可以看出，有无螺栓情况下接缝张开角与弯矩关系曲线的变化趋势相同。以有螺栓情况为例，正弯矩作用下接缝张开角随着弯矩的变化曲线可明显分为4段：（1）施加荷载初期，接缝几乎没有张开，张开角增加较为缓慢；（2）当弯矩增长到575.6 kNm时，接缝明显张开，张开角随弯矩的增大而迅速增大，增大速率较快；（3）当弯矩增长到690.8 kNm时，接缝外缘混凝土接触，张开角随弯矩的增大而增大，增大速率较缓；（4）当弯矩增加到981.7 kNm时，接缝几乎完全张开，受压区混凝土被压碎，张开角随着弯矩的增大呈非线性迅速增大，直至构件失稳破坏。负弯矩作用下接缝张开角随着弯矩的变化曲线可明显分为3段：（1）施加荷载初期，接缝几乎没有张开，张开角增加较为缓慢；（2）当弯矩增长到756.7 kNm时，外侧混凝土退出工作，张开角随弯矩的增大而迅速增大；（3）当弯矩增加到980.6 kNm时，接缝几乎完全张开，张开角随着弯矩的增大呈非线性迅速增大，直至构件失稳破坏。绘制不同轴力条件下接缝张开角与弯矩的关系曲线如图10、图11所示。从图10、图11中可以清楚地看到，无论是否存在螺栓，正、负弯矩工况下接缝张开角均随着弯矩的增大而变大，且阶段变化规律与前述4 000 kN轴力条件下相似。在同一弯矩下，轴力越小则张开角越大，这说明轴力对接缝面的张开有约束作用。阶段交界处，接缝张开角与弯矩变化规律发生变化，取交界处为拐点，最终失效处为终点。提取不同轴力条件下关键点拐点1、2、3和终点处的弯矩值，如表5、表6所示。从表5、表6中可知，转角越大，同一轴力水平下有无螺栓两者之间的弯矩差距就越大。如轴力为1 500 kN且在正弯矩作用下，拐点1弯矩差值百分比为8.2%，拐点2处为18.9%，拐点3处图10 正弯矩作用下接缝张开角与弯矩关系曲线Fig.10 Relationship curve between opening angle of joint andbending moment under positive bending moment图11 负弯矩作用下接缝张开角与弯矩关系曲线Fig.11 Relationship curve between opening angle of joint andbending moment under negative bending moment表5 正弯矩作用下有无螺栓弯矩值对比Table 5 Comparison of bending moment values with andwithout bolted connections under positive bending moment工况N=1 500 kN相差百分比/（%）N=2 000 kN相差百分比/（%）N=2 500 kN相差百分比/（%）N=3 000 kN相差百分比/（%）N=3 500 kN相差百分比/（%）N=4 000 kN相差百分比/（%）有螺栓无螺栓有螺栓无螺栓有螺栓无螺栓有螺栓无螺栓有螺栓无螺栓有螺栓无螺栓弯矩值/（kNm）拐点1265.1245.18.2343.6323.66.2411.6397.43.6487.6474.32.8553.1538.72.7575.6565.71.8拐点2347.3292.018.9425.9379.012.4498.3453.010.0569.9520.09.6630.3594.06.1690.8660.24.6拐点3554.3463.019.7648.1572.013.3763.7692.610.3855.0775.010.3917.0862.06.4981.7929.65.6最终599.0498.020.3727.1633.014.9879.1792.311.01 026.1926.010.81 134.51 040.09.11 248.11 160.77.5132螺栓失效对盾构隧道管片纵缝接头抗弯性能的影响研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版表6 负弯矩作用下有无螺栓弯矩值对比Table 6 Comparison of bending moment values with andwithout bolted connections under negative bending moment工况N=1 500 kN相差百分比/（%）N=2 000 kN相差百分比/（%）N=2 500 kN相差百分比/（%）N=3 000 kN相差百分比/（%）N=3 500 kN相差百分比/（%）N=4 000 kN相差百分比/（%）有螺栓无螺栓有螺栓无螺栓有螺栓无螺栓有螺栓无螺栓有螺栓无螺栓有螺栓无螺栓弯矩值/(kNm)拐点1-362.7-346.74.6-433.3-418.23.6-504.7-494.42.1-617.5-607.51.6-658.4-653.20.8-756.7-751.80.6拐点2-451.1-368.022.6-572.8-482.818.6-692.1-604.714.5-794.6-710.211.9-862.7-812.16.2-980.6-928.55.6最终-511.2-378.035.2-634.7-507.925.0-748.7-634.018.1-869.2-748.616.1-989.2-870.913.6-1 084.4-992.09.3为19.7%，最终有无螺栓的弯矩差距为20.3%，差值百分比逐渐增大。这说明是否存在螺栓，对于接缝转角的影响主要体现在接头受力状态的后半段，具体表现为正弯矩作用下的第三、四阶段和负弯矩作用下的第三阶段。同时，正弯矩作用下轴力从 1 500 kN 增加到4 000 kN 时，拐点1有无螺栓工况的弯矩相差百分比从8.2%降到1.8%，拐点2从18.9%降到4.6%，各关键点处两种工况弯矩相差百分比逐渐减小，即伴随着轴力水平的提升，螺栓对接缝转角的影响减弱。4.1.2抗弯刚度管片接头抗弯刚度k计算表达式如式（1）所示:k=M（1）式中：M为对应弯矩；为张开角。图12、图13为不同轴力条件下接缝面抗弯刚度与弯矩的关系曲线。从图中可以看出，接头抗弯刚度-弯矩曲线可分为两个阶段。当弯矩较小而接头未张开时，抗弯刚度可视为无穷大；当弯矩达到初始临界弯矩时，随着弯矩的增大，接头抗弯刚度迅速减小，随后趋于稳定。同时，负弯矩作用下的抗弯刚度图12 有螺栓时抗弯刚度与弯矩关系曲线Fig.12 Curve of the relationship between bending stiffness andbending moment with bolted connection图13 无螺栓时抗弯刚度与弯矩关系曲线Fig.13 Curve of the relationship between bending stiffness andbending moment without bolted connection大于正弯矩作用下的抗弯刚度。当轴力一定时，接缝面的抗弯刚度随着弯矩的增大而减小；当弯矩一定时，抗弯刚度随着轴力的增大而增大。绘制初始临界弯矩前后，有螺栓和无螺栓条件下轴力为1 500 kN和4 000 kN时接头抗弯刚度随弯矩的变化曲线，如图14、图15所示。图14 正弯矩作用下抗弯刚度随弯矩变化情况Fig.14 Variation of bending stiffness with bending momentunder positive bending moment133螺栓失效对盾构隧道管片纵缝接头抗弯性能的影响研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版Vol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023图15 负弯矩作用下抗弯刚度随弯矩变化情况Fig.15 Variation of bending stiffness with bending momentunder negative bending moment从图中可以看出，同等轴力水平下无螺栓工况下抗弯刚度均小于同等弯矩荷载下的有螺栓工况的抗弯刚度，且随着弯矩的增加，有无螺栓条件下抗弯刚度的相对数值差异显著增大。随着轴力水平的提高，螺栓对于管片接头抗弯刚度的影响在逐渐减小。对于无螺栓工况，负弯矩作用下，抗弯刚度的降低程度小于正弯矩作用下抗弯刚度的降低程度。4.2螺栓应力为了更深入地研究螺栓在接缝变形过程中的受力过程，以轴力4 000 kN工况为例，提取了螺栓应变最大位置的应力与弯矩的关系曲线，如图16所示。为了更直观地分析接缝变形与螺栓受力的关系，在图16中引入了接缝张开量与弯矩的关系曲线。图16 弯矩与螺栓应力、接缝张开量的关系Fig.16 Relationship between bending moment and bolt stress,opening amount of joint从图16可以看出，螺栓应力与管片纵缝张开情况密切相关，螺栓应力与弯矩的关系曲线同样呈现出明显的阶段性与非线性。当接缝未明显张开时，螺栓应力较小且增速较缓，此时螺栓的应力主要是由预紧力造成的。当接缝明显张开后，螺栓的应力随弯矩增大而迅速增大直至达到屈服应力。螺栓达到屈服应力后，其应力增速降低。与负弯加载工况不同的是，在正弯矩加载工况下，螺栓应力达到屈服应力后先减小后增加。这是因为螺栓达到屈服应力后，随着弯矩增大，接缝面上缘两侧混凝土接触增大了混凝土受压区面积，分担了螺栓对接缝抗弯能力的贡献，随着弯矩持续增大，接缝面上缘两侧混凝土开裂对接缝抗弯能力的贡献减小，因此螺栓的应力在接缝面上缘两侧混凝土接触后先减小后增大。此后，螺栓应力随弯矩增大直至试件破坏。对比正弯加载工况和负弯加载工况下螺栓的屈服情况可以看出，负弯加载工况下螺栓屈服晚于正弯加载工况。有螺栓存在时，不同轴力水平下接缝螺栓受力情况如图17所示。从图17中可以看出，同一弯矩荷载时轴力越小螺栓应力水平越高。轴力越大，螺栓屈服时所对应的弯矩值越大。图17 螺栓最大应力与弯矩关系曲线Fig.17 Curve of relationship between maximum stress andbending moment of bolts4.3混凝土损伤分析在ABAQUS中，CDP模型是分别考虑了混凝土材料受拉与受压损伤及屈服应力-非弹性应变曲线的混凝土塑性损伤模型，使用此模型可以根据云图结果分析混凝土在受力破坏时的破坏区域及破坏类型，对分析接缝面混凝土的破坏情况具有重要意义。正弯矩条件下N=4 000 kN时，在弯矩-张开角曲线前三个阶段内各选取1个弯矩值，对有、无螺栓情况下混凝土的损伤进行对比分析。管片接头接缝面附近混凝土的压损伤云图如图18所示，可以发现混凝土接缝面与止水槽连接处出现明显压损伤。弯矩为449.3 kNm时，有、无螺栓工134螺栓失效对盾构隧道管片纵缝接头抗弯性能的影响研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版图18 4 000 kN轴力时正弯矩作用下混凝土压损伤云图Fig.18 Contour of concrete compressive damage under positivebending moment and under 4 000 kN axial force况损伤因子分别为0.645、0.651；弯矩为621.5 kNm时，有、无螺栓工况损伤因子分别为0.811、0.859；弯矩为822.6 kNm时，有、无螺栓工况损伤因子均为0.940，但无螺栓工况下破坏较为严重，破坏区域更大。由此可知，管片受4 000 kN高轴力下有螺栓时接头混凝土损伤更小，但与无螺栓工况损伤因子相差不大。图19为有、无螺栓最终破坏时混凝土的受压损伤云图，结合图18可见，在高轴压下螺栓存在与否，对于管片接头最终破坏形式影响较小，破坏过程均是裂纹不断发展直至贯穿，并在接缝面受压区产生压溃现象，直至结构位移失稳破坏。5结 论本文通过三维精细化数值计算模型分析研究了管片接头在有无螺栓连接情况下的抗弯性能和破坏特征，得到以下结论：（1）螺栓失效对于接缝张开角的影响主要在正图19 4 000 kN轴力时正弯矩作用下最终破坏时的混凝土压损伤云图Fig.19 Contour of concrete compressive damage at final failureunder positive bending moment and under 4 000kN axial force弯作用下弯矩-张开角曲线的第三、四阶段和负弯作用下弯矩-转角曲线的第三阶段，对接头受力的前半段几乎没有影响，而主要影响接头承受较大弯矩的阶段。并且接头所受的轴力越大，螺栓对于接缝张开角的影响越弱。（2）螺栓失效导致接头抗弯刚度减小，随着弯矩的增加，有无螺栓条件下抗弯刚度的相对数值差异显著增大。随着轴力水平的提高，螺栓对于管片接头抗弯刚度的影响在逐渐减小。负弯矩作用时螺栓失效对于抗弯刚度的降低小于正弯矩作用时。（3）螺栓应力与弯矩的关系曲线呈现出明显的阶段性与非线性。负弯加载工况下螺栓屈服的弯矩大于正弯加载工况。同一弯矩荷载时轴力越小螺栓应力水平越高。轴力越大，螺栓屈服时所对应的弯矩值越大。（4）当接头所受轴力较大时，螺栓存在与否对于管片最终的破坏形式影响很小，破坏过程相同，损伤因子相近。参考文献References1 何 川,封 坤,方 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