《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》：Revealing the dominant influence of joints: soil-structure-component-joint adaptivity for prefabricated underground structures
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本研究针对预制装配式地下结构(PUS)中土体-结构-构件-节点多层级信息规划难题，开发了土壤-结构-组件-关节自适应规划模型(SAPM)。通过数值模拟、设计理论和自适应规划三大模块的集成创新，实现了基于节点性能调控的多层级信息自适应。实际工程应用表明，SAPM通过优化节点刚度属性，使主次结构的土-结构相互作用效应分别降低18%和63%，同时半刚性节点方案较铰接和刚性方案可缩短40%拼装时间并降低20%成本，为复杂城市地质环境下PUS安全建设提供了理论方法支撑。
随着城市化进程加速，地下空间开发面临前所未有的挑战。传统现浇施工方法不仅周期长、污染大，更难以满足低碳建造的战略需求。在此背景下，预制装配式地下结构(Prefabricated Underground Structures, PUS)应运而生，通过机械化掘进与装配化施工实现绿色转型。然而，这种新型结构体系在土体、结构、构件和节点的多重相互作用下，力传递机制复杂且认知不足，导致施工过程中频发失稳风险，严重制约了PUS技术的推广应用。
针对这一技术瓶颈，发表在《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》的最新研究开创性地提出了土壤-结构-组件-关节自适应规划模型(Soil-structure-component-joint Adaptive Planning Model, SAPM)。该研究首次系统揭示了节点属性在PUS多层级信息传递中的主导作用，通过智能规划方法实现了从"土壤-结构"到"节点-构件"的跨尺度协同优化。
研究方法层面，团队构建了三大核心技术模块：基于有限元分析(FEA)的智能规划方法建立了多层级信息融合场景，实现了参数化快速建模与自动迭代分析；基于性能需求的节点设计模型创新性地提出了节点尺寸-形态-紧固件的混合优化方法；最终集成构建的SAPM模型突破了传统独立设计的信息壁垒，形成了决策-设计一体化的技术体系。
关键技术方法包括：1）建立考虑多扰动工况的土-结构耦合FEA模型，采用Drucker-Prager本构模型和接触计算配置；2）开发智能分析流程，以30mm岩土变形为性能目标进行组件尺寸自适应迭代；3）构建节点迭代设计模型，通过逆分析确定节点参数；4）基于深圳地铁12号线沙三站实际工程进行案例验证。
研究结果方面，通过系统的多层级信息规划分析，获得了突破性发现：
节点主导的多层级适应性规律
研究发现不同节点需要差异化刚度配置：顶板、底板和中板节点分别在刚度系数K=0.90、0.61、0.65时实现多层级信息自适应。这种"非均匀节点属性"优化方案使组件截面尺寸减少24%-59%，彻底颠覆了传统均匀节点设计的理念。
半刚性节点的技术经济优势
与传统现浇刚性节点相比，半刚性节点展现出显著优势：主次结构应力分别降低18%和63%，结构极限承载力提升最高达63%。在经济效益方面，半刚性方案使最大尺寸节点体积较全刚性和全铰接方案分别减少21%和26%，组件总体积比达到0.6:0.75:1的优化比例。
精准设计的工程实现
通过SAPM的逆向决策机制，实现了节点参数精准控制：底板节点通过10@24螺栓配置实现K=0.7刚度要求，较初始方案节省44%紧固件钢材用量。这种基于性能的精细化设计确保了工程安全性与经济性的统一。
研究结论表明，SAPM模型成功解决了PUS多层级信息规划的核心难题，实现了从经验决策向科学决策的范式转变。该研究的创新价值主要体现在三个方面：首次建立节点属性与多层级信息的定量关联关系，开创了基于节点性能调控的自适应优化方法；突破传统设计的局限性，实现了土体-结构-构件-节点的协同优化；通过实际工程验证，为复杂城市环境下PUS安全建设提供了可靠的技术支撑。
特别值得关注的是，该研究揭示了半刚性节点在协调多层级信息方面的独特优势。相比现浇结构难以调整节点刚度的局限，PUS通过精确的节点主导控制，实现了优于传统技术的信息适应能力。这一发现不仅为PUS技术发展提供了理论依据，也为地下工程智能化建设指明了新的发展方向。
尽管当前模型在简化本构关系方面存在一定局限，但SAPM展现的创新框架为预制装配式地下结构的未来发展奠定了坚实基础。这种基于多层级信息自适应规划的新范式，将显著提升地下工程建设的科学性、安全性和经济性，推动城市地下空间开发向智能化、绿色化方向迈进。
