1.一种盾构隧道环缝接头的抗剪承载计算方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、选取盾构隧道目标环缝接头;S2、获取目标环缝接头中管片、钢筋、连接件的空间尺寸和承载强度参数;S3、根据环缝接头中的空间尺寸构建不同承载阶段的环缝接头抗剪模型S3具体包括:所述环缝接头抗剪模型用于计算环缝最不利受力方向上的最小抗剪承载力,即计算第一管片在榫槽上方的混凝土和钢筋承受所述连接件的挤压荷载;所述环缝接头抗剪模型包括混凝土抗剪模型、钢筋抗剪模型和连接件抗剪模型;所述混凝土抗剪模型为四棱柱体AEGB-CFHD,由定位榫挤压第一管片榫槽上方混凝土所致,四棱柱体在接缝面为等腰梯形AEGB;所述钢筋抗剪模型为四棱锥体O-EMNG,由螺栓挤压第一管片榫槽上方混凝土所致,四棱锥体在接缝面为等腰三角形OEG;所述连接件抗剪模型由定位榫和螺栓的抗剪力学方程共同构成;所述四棱柱体AEGB-CFHD中,AB= L D , L D 为榫槽上部平面的宽度;EG= L C , L C 为内弧面环向方向的长度;GH= C , C 为管片保护层厚度;等腰梯形AEGB的高为 L R , L R 为榫槽距离第一管片内弧侧的径向高度;所述四棱锥体O-EMNG的高为 L r , L r 为接缝面螺栓孔中心到内弧面的高度;EM= L L ;L L 和 L c 来源于实验测试统计;在 L R 为116mm, L r 为160mm, L D 为66mm时, L L0 的实验测试为370mm, L c 的实验测试表达式为:根据几何关系和相似比,在第一管片内弧侧的径向高度为 L R 时, L c 的计算式为:L L 的计算式为:其中, N 为纵向轴力;S4、根据不同承载阶段的环缝接头抗剪模型,计算环缝接头的抗剪承载力。
2.根据权利要求1所述的盾构隧道环缝接头的抗剪承载计算方法,其特征在于:所述S1中目标环缝接头包括管片接头;所述管片接头包括第一管片和第二管片,所述第一管片和所述第二管片的环缝间设有一个定位榫和一根纵向螺栓;并通过定位榫和纵向螺栓实现第一管片和第二管片的连接;所述第一管片的环缝面预制有准矩形的榫槽,所述第二管片的环缝面预制有圆形的榫孔,所述榫槽和所述榫孔用于安放所述定位榫。
3.根据权利要求1所述的盾构隧道环缝接头的抗剪承载计算方法,其特征在于,所述S2具体包括:所述管片的空间尺寸包括管片的厚度、榫槽距离第一管片内弧侧的径向高度、榫槽上部平面的宽度、接缝面螺栓孔中心到内弧面的高度、管片保护层厚度,所述管片的承载强度参数包括混凝土的抗拉强度设计值 f t ;所述钢筋的空间尺寸包括定位榫周围能够提供竖向拉力的钢筋数量 i 、第 i 根钢筋的直径 A Si 、第 i 根钢筋与竖向方向的夹角 θ Si ,所述钢筋的承载强度参数包括钢筋的抗拉强度设计值 f y ;所述连接件包括定位榫和螺栓;所述定位榫的空间尺寸包括定位榫在接缝处的内径 D Dn 和外径 D Dw ,所述定位榫的承载强度参数包括定位榫的抗剪强度 f D ;所述螺栓的空间尺寸包括螺栓的直径 D B ,所述螺栓的承载强度参数包括螺栓的抗拉强度 f B 。
4.根据权利要求3所述的盾构隧道环缝接头的抗剪承载计算方法,其特征在于,所述四棱柱体AEGB-CFHD为混凝土抗剪承载,四棱柱体中矩形AEFC和矩形BDHG为混凝土抗拉面,梯形CFHD为受压下的抗剪面;所述四棱锥体O-EMNG为钢筋抗剪承载,考虑穿越四棱锥体且能提供竖向力的钢筋;所述连接件抗剪模型中,定位榫提供抗剪承载力;螺栓因具有足够变形空间,变形后以受拉为主,提供抗拉承载力。
5.根据权利要求4所述的盾构隧道环缝接头的抗剪承载计算方法,其特征在于,根据混凝土抗剪阶段的环缝接头抗剪模型,计算在混凝土抗剪阶段环缝的抗剪承载力:其中, Q u1 为混凝土抗剪阶段的抗剪承载力; μ 为混凝土接缝面间的摩擦系数; K(N) 为纵向轴力引起的棱柱体结构中梯形CFHD的抗剪荷载增量;K(N) 通过实验测试获得,其计算式为: 。
6.根据权利要求5所述的盾构隧道环缝接头的抗剪承载计算方法,其特征在于,连接件的抗剪承载力为:其中, Q u2 为连接件的抗剪承载力。
7.根据权利要求6所述的盾构隧道环缝接头的抗剪承载计算方法,其特征在于,根据钢筋抗剪阶段的环缝接头抗剪模型,计算在钢筋抗剪阶段接缝的抗剪承载力为:其中, Q u3 为钢筋抗剪阶段的接缝抗剪承载力。
8.根据权利要求7所述的盾构隧道环缝接头的抗剪承载计算方法,其特征在于,所述S4中根据混凝土抗剪阶段的最小抗剪承载力、连接件的抗剪承载力和钢筋抗剪阶段的接缝抗剪承载力,计算环缝接头的抗剪承载力为:其中, 为环缝接头最不利受力方向的最小抗剪承载力。