基于混凝土开裂特征的隧道支护结构安全评价方法研究

发布时间：2017-10-23 20:38

  本文关键词：基于混凝土开裂特征的隧道支护结构安全评价方法研究

  更多相关文章： 隧道支护 钢筋混凝土裂缝 结构安全 隧道变异 开裂特征 弯矩曲率关系

【摘要】：在钢筋混凝土结构中,混凝土的开裂是不可避免的现象,多数钢筋混凝土结构都是带裂工作的。同样,在隧道二次衬砌中,钢筋混凝土同样会产生裂缝,尤其在隧道发生变异时,产生裂缝的可能性会极大地增加。在现有的规范中,对于裂缝均是考虑其对结构耐久性的影响,而未考虑裂缝与衬砌安全性的关系。本文通过理论分析,探讨了通过裂缝评价衬砌安全性的方法,然后通过数值模拟进行验算,给出相应的安全性判定标准,最后通过弯矩曲率的方法对初期支护安全性进行补充验算,进一步验证了该方法的合理性。本文主要研究成果如下：1、通过理论分析讨论了裂缝的产生原因及种类,分析规范中的裂缝宽度计算方法并推导了基于数值分析的裂缝宽度计算方法,探讨了钢筋混凝土裂缝模型的建立方法,确定了裂缝模型中各类单元的参数,最后给出基本假定,提出一种基于裂缝的衬砌安全性评价方法。2、对隧道发生的各种变异进行归类,并对每一类变异的原因进行分析,罗列出一系列隧道变异的工况,结合工程实例,通过大型通用有限元分析软件ANSYS对各类工况进行计算,对各类工况的裂缝分布形态进行分析,并计算裂缝的最大宽度和最不利截面的安全系数,拟合两者之间的关系,确定基于安全性分析的极限裂缝宽度。以此通过裂缝的分布形态来确定二次衬砌发生变异的类型,并根据裂缝的最大宽度来判断衬砌是否达到安全标准。3、对弯矩曲率计算方法进行探讨,并提出了基于编程语言的弯矩曲率计算方法,计算出本文中衬砌的弯矩曲率关系。将计算出的弯矩曲率关系作为材料参数输入到有限元分析软件ADINA中,通过弯矩曲率衬砌与一般弹性衬砌对比,得出了弯矩曲率梁来模拟初期支护更为可靠的结论。
【关键词】：隧道支护 钢筋混凝土裂缝 结构安全 隧道变异 开裂特征 弯矩曲率关系
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.7
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 研究内容和技术路线13-15
• 第二章 裂缝评价衬砌安全性的理论方法研究15-28
• 2.1 问题的提出15
• 2.2 混凝土裂缝产生的原因及影响15-17
• 2.2.1 裂缝产生的原因15-16
• 2.2.2 裂缝对结构的影响及控制措施16-17
• 2.3 基于规范的裂缝设计方法17-19
• 2.4 基于ANSYS的建模及裂缝计算方法19-24
• 2.4.1 裂缝计算模型选择19-20
• 2.4.2 裂缝模型的建立方法20-23
• 2.4.3 基于ANSYS的裂缝宽度计算方法23-24
• 2.5 利用裂缝评价衬砌安全性方法的建立24-27
• 2.5.1 基本假定24-25
• 2.5.2 利用裂缝评价衬砌安全性的方法25-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第三章 隧道衬砌结构变异特征力学行为研究28-37
• 3.1 问题的提出28
• 3.2 运营隧道变异分类28-32
• 3.2.1 外荷载增加28-30
• 3.2.2 围岩承载力降低30
• 3.2.3 衬砌材料劣化30-31
• 3.2.4 衬砌承载力降低31-32
• 3.3 变异状态工况归类32-35
• 3.3.1 工程概况32-34
• 3.3.2 变异状态设定34-35
• 3.4 本章小结35-37
• 第四章 裂缝评价二次衬砌安全性的数值分析37-75
• 4.1 问题的提出37-38
• 4.2 ANSYS模型建立38-43
• 4.2.1 建模参数38-39
• 4.2.2 工况汇总39-41
• 4.2.3 模型建立41-43
• 4.3 围岩承载力降低计算分析43-49
• 4.3.1 应力分析43-45
• 4.3.2 裂缝分析45-47
• 4.3.3 安全系数分析47-48
• 4.3.4 裂缝—安全系数联合分析48-49
• 4.4 荷载增加计算分析49-56
• 4.4.1 应力分析50-52
• 4.4.2 裂缝分析52-54
• 4.4.3 安全系数分析54-55
• 4.4.4 裂缝—安全系数联合分析55-56
• 4.5 围岩承载力降低—荷载增加联合作用分析56-62
• 4.5.1 应力分析56-59
• 4.5.2 裂缝分析59-60
• 4.5.3 安全系数分析60-61
• 4.5.4 裂缝—安全系数联合分析61-62
• 4.6 衬砌材料劣化计算分析62-65
• 4.6.1 应力分析62-65
• 4.6.2 裂缝分析65
• 4.7 拱顶空洞计算分析65-72
• 4.7.1 应力分析67-70
• 4.7.2 裂缝分析70-72
• 4.7.3 安全系数分析72
• 4.8 本章小结72-75
• 第五章 弯矩曲率评价初期支护安全性研究75-85
• 5.1 问题的提出75
• 5.2 弯矩—曲率关系计算75-81
• 5.2.1 弯矩—曲率计算原理75-78
• 5.2.2 弯矩—曲率计算方法78-80
• 5.2.3 弯矩—曲率计算结果分析80-81
• 5.3 基于弯矩曲率梁的二次衬砌数值模拟81-84
• 5.3.1 弯矩曲率梁简介81
• 5.3.2 基于弯矩曲率梁的建模计算81-84
• 5.4 本章小结84-85
• 结论与展望85-88
• 致谢88-89
• 参考文献89-92
• 攻读硕士学位期间从事的科研项目92

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