随着中国城市群规模的快速壮大,我国现代综合交通运输体系的建设迎来了大发展时期。沉管隧道作为连接江海两岸城市最为便捷的交通运输通道之一,被广泛应用于大型交通枢纽工程中。沉管管节根据接头位置的不同分为节段式管节和整体式管节,节段式管节具有相对灵活的整体协调变形能力,可以降低管节混凝土因温差变化、收缩徐变等导致的管节开裂现象。剪力键作为节段接头重要的受力构造,其自身结构安全对接头防水性能至关重要,因此对节段接头剪力键进行力学性能分析是非常有必要的。本文依托于港珠澳大桥沉管隧道,采用模型试验、数值模拟等方法对节段接头剪力键的力学性能与结构形式进行分析。主要研究内容及成果如下:(1)总结沉管隧道节段接头剪力键的研究现状,得出剪力键结构由于自身构造和所处环境的影响,导致其受力与变形特性异常复杂。通过对相关的变形测量手段进行比选分析,选择现代光学测试技术中的数字图像相关法作为模型试验的测量方法,并采用该方法进行了验证性试验。(2)结合工程原型沉管隧道的构造形式与模型试验的测试条件,根据相似理论确定剪力键模型试验的方案。试验结果表明:当荷载为2000N时,剪力键位置出现了较明显的压应变,并以环状形式扩散分布;当荷载为5000N时,剪力键位置的拉应变分布轮廓清晰可见,并以45度方向扩散分布。继续增加荷载等级,应变分布形式基本没有发生变化。(3)进一步对比分析沿剪力键水平和竖直方向的应变分布信息。结果表明:沿水平方向,最大拉应变位于键榫与侧墙衔接处,端头左侧位置的最大压应变小于右侧,且应变差与荷载等级大小有关。沿竖直方向,键榫衔接位置由下向上均存在较大的的拉应变,而键槽外侧拐角则集中分布着较大的压应变。比较分析模型试验与数值模拟的结果,应变分布趋势基本相似,说明有限元方法具有一定的参考性。(4)采用有限元方法,对剪力键的结构形式进行数值分析,得到不同工况下剪力键的应力分布特征。结果表明:增加剪力键的高度可以降低剪力键侧墙衔接处的最大拉应力,同时使得端头处的最大压应力增加。合理设置剪力键的倾角度数、增加剪力键的数量可以降低剪力键位置的应力集中水平,对于改善沉管隧道节段接头剪力键的受力状态具有积极作用。