盾构隧道管片静力和动力响应特性的有限元模拟分析

发布时间：2020-03-28 07:16

【摘要】：盾构隧道管片是承受外部载荷,并提供内部空间的结构。进行混凝土管片的设计,首先要对管片进行内力分析。采用有限元分析软件建立模型,研究了管片的内力分布特征。建立了等刚度圆环模型和考虑接头效应的模型,对比分析了不同模型之间内力的分布规律与数值大小的异同。研究发现,不同模型之间管片的弯矩差异较大,而轴力和剪力差异很小。等刚度圆环模型所得弯矩最大,铰接模型所得弯矩最小,混凝土管片接头的抗弯刚度对管片截面的弯矩有很大影响。研究了水土合算和水土分算下管片内力分布特征,讨论了水土分算下水深对内力的影响。研究发现,水土分算与合算下管片的弯矩以及轴力分布规律相似,在数值上水土合算的最大弯矩比水土分算大很多,而轴力基本没有差异。在水土分算下,随着水深的增加,管片的弯矩变化不大,轴力增加明显。采用时程分析法对水平地震作用下混凝土管片的动力响应进行了有限元数值分析。研究表明,由于土层的滤波和选择放大作用,与有限元模型底部输入的地震动相比,地表的傅里叶谱发生了很大的变化。不同土层间的弹性模量相差不大,当有限元模型底部输入调幅后的Kobe波时,地表加速度峰值相对于有限元模型底部放大1.57倍。仅在地震作用下,管片的最大弯矩和最大轴力均出现在拱肩和拱脚,在数值上比静力下的结果小很多。静力下管片最大弯矩出现的位置,在地震作用下的结果基本为零,最大轴力出现的位置,在地震作用下的结果也不大。比较静力下管片最大弯矩和轴力,静力和动力叠加的结果增加很小。利用解析方法对仅在地震作用下的数值结果进行对比验证,发现两种方法的结果具有较好的一致性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U455.43

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本文编号：2604125