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近年来随着城市建设的发展和地下空间的开发,各类地下建筑物大量兴建,过江通道的选择方式逐渐由桥梁变为倾向于选择隧道,体现出隧道独特的优越性,且其中大多数采用了盾构法修建。但应该看到,由于水下盾构隧道构造复杂、安全隐患不易发现及其在水下的特殊性,一旦遭受破坏将会产生灾难性后果。尤其我国还是典型的多地震国家,大部分地区处于地震频发区,大型水下盾构隧道的抗震安全性已成为工程界最关注的问题之一。因此,深入探索、开展系统的盾构法隧道结构抗震、减震理论与应用研究显得尤为重要和紧迫。本文所在研究团队前期依托某大型水下盾构隧道工程,针对隧道沿纵向土层变换处,环缝接头张开量超过防水限值的情况,提出了一种“哑铃式”形状记忆合金柔性减震节点,进行了盾构隧道整体纵向地震作用动力响应分析,及一系列不同形式的SMA材料力学性能试验,初步探讨了SMA柔性减震节点用于隧道的可行性。本文即在团队前期研究基础上,深入开展基于形状记忆合金的水下盾构隧道减震节点研究,研制适用于工程应用的SMA装置,开展相关的装置试验及力学分析,旨在推进消能减震节点在水下盾构隧道工程中的实际运用。具体研究工作及结论如下:(1)基于盾构隧道管环间接头特点和减震控制要求,并根据形状记忆合金的材料特性,在前期研究的基础上提出了一种适用于盾构隧道工程应用的SMA减震节点装置,可实现荷载下变形复位、柔性消能减震和承受法向水压力密封止水三种功能,适用于盾构隧道管环间的柔性减震。并对SMA阻尼器的耗能性能、减震装置的连接部件可靠性进行了考查试验。试验结果表明,SMA阻尼器在0.8%-7.8%拉伸率下,都具有饱满的滞回耗能和较小的残余变形,在11.5%拉伸率的超大变形下(相当于隧道0.6g地震作用下管环间水平张开量),SMA阻尼器没有发生断裂,仍然保持较好的稳定性和可靠性。(2)基于SMA材料特性及设计的SMA阻尼器试验曲线趋势,选用和调整了基于Liang和Roger简化模型得到的双旗型-SMA超弹性本构模型,并据此通过有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序(简称UMAT)将双旗型-SMA超弹性分段线性化本构关系添加到ABAQUS材料库中,对隧道接头SMA阻尼器的力学性能进行有限元模拟分析,且与SMA阻尼器试验结果作了对比。结果表明,SMA阻尼器的有限元模拟分析结果与试验结果基本一致,能够较好地反映SMA材料的相变超弹性性能和阻尼器的滞回消能性能。(3)用ABAQUS对安装和未安装SMA阻尼器的盾构隧道三维管环段模型结构进行了地震响应分析,对比研究了盾构隧道管环模型的无控和有控结构在不同地震波作用下隧道管环接头张开量大小,考察了SMA阻尼器对盾构隧道管环接头的减震控制效果。研究结果表明,本文所设计的SMA阻尼器可以有效减小盾构隧道管环模型结构的地震响应,可以有效改善接头张开量的,具备一定的减震效果,设计方案具有可实施性。