隧道交叉口抗震性能的研究

发布时间：2017-10-30 13:40

  本文关键词：隧道交叉口抗震性能的研究

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【摘要】：随着社会经济快速增长和城市规模日益扩大,地面交通早已无法满足交通需求。人们逐渐将交通工程的建设转入地下。城市地下交通网络中,不可避免地出现隧道之间相互交叉、互通的情况,甚至形成了复杂的城市地下“立交桥”。在各种交叉形式中,隧道交叉口出现的频率越来越高。隧道交叉口断面大,衬砌刚度变化大,受力复杂,是隧道稳定的薄弱部位。近年来,全球进入地震高发期,我国更是一个地震频发的国家,地震对交叉口的动力影响不可忽视。保证隧道交叉口在地震来临时具有较高稳定性就显得尤为重要。但是,我国现行的抗震规范中关于隧道交叉口工况的条文十分简略,无法起到指导设计和施工的作用。所以开展隧道交叉口地震动力响应分析具有重要意义。本文利用大型有限元软件ANSYS,研究分析了主隧道和匝道交叉口形式在地震作用下的动力响应规律,并探讨了衬砌刚度对隧道结构动力响应的影响。得到主要结论如下:1、静力作用下,三种断面形式衬砌受力分析中,马蹄形隧道交叉口衬砌局部出现较小拉应力;圆形隧道交叉口衬砌在拱腰、拱肩出现较大拉应力;直墙拱形隧道主隧道分叉侧衬砌拱肩和匝道衬砌拱腰和拱肩出现较大拉应力。这些断面的受拉应力部位易出现受拉破坏而失去稳定性。2、静力作用下,隧道交叉口两隧道相邻侧围岩压力拱内边界离隧道轮廓线较远,围岩稳定性较差。3、地震作用下,马蹄形断面隧道交叉口衬砌振动速度和附加位移从拱顶到拱底依次减小;交叉口处的拱肩、拱脚、拱顶以及拱底出现较大拉应力,主隧道右侧拱肩、匝道拱顶拉应力范围最大;主隧道与匝道相邻侧拱肩衬砌易出现局部受拉破坏。在Ⅷ度地震时,交叉口最大断面衬砌最大振动速度超出规范规定的安全允许值。4、在隧道交叉口动力分析中,采用动态隧道围岩压力拱与围岩卸压区对隧道围岩的稳定状态进行描述比较直观,隧道围岩压力拱理论判定隧道围岩动态稳定状态可行。5、改变衬砌自身特性可提高其抗震性能,在满足规范要求的前提下,建议用陶粒混凝土代替普通混凝土,且拱顶及拱肩衬砌选用较高标号混凝土,拱底及拱脚衬砌选用较低标号混凝土,衬砌厚度为70~100cm。
【关键词】：隧道交叉口 地震响应 压力拱 抗、减震措施
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.28
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-19
• 变量注释表19-20
• 1 绪论20-44
• 1.1 问题的提出20-23
• 1.2 研究目的及意义23
• 1.3 问题的研究现状23-41
• 1.4 研究内容、方法及技术路线41-42
• 1.5 论文创新点42-44
• 2 动力有限元法基本理论44-54
• 2.1 概述44
• 2.2 动力平衡方程的求解44-48
• 2.3 材料的本构模型48-49
• 2.4 地震波的反演49-51
• 2.5 地震波的选择与修正51-52
• 2.6 有限元ANSYS在地下结构动力分析中的特点介绍52-54
• 3 静力下隧道交叉口稳定性分析54-85
• 3.1 概述54
• 3.2 数值分析基本假设54-55
• 3.3 数值模拟主要参数55-57
• 3.4 不同断面隧道交叉口稳定性分析57-81
• 3.5 隧道交叉口压力拱状态81-83
• 3.6 本章小结83-85
• 4 隧道交叉口动力响应分析85-109
• 4.1 概述85
• 4.2 隧道交叉口动力响应评判标准85-86
• 4.3 地震动力分析的数值模拟86-107
• 4.4 本章小结107-109
• 5 混凝土的材料、标号和厚度对隧道动力响应特性的影响研究109-118
• 5.1 概述109-110
• 5.2 陶粒混凝土的特点110-111
• 5.3 模型尺寸及材料参数111-112
• 5.4 计算结果与分析112-116
• 5.5 本章小结116-118
• 6 结论与展望118-120
• 6.1 结论118-119
• 6.2 展望119-120
• 参考文献120-128
• 作者简历128-130
• 学位论文数据集130

【参考文献】

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本文编号：1117799