盾构隧道纵向抗震力学模型研究及其应用

发布时间：2022-08-01 18:56

　　盾构隧道是现代城市地下轨道交通的重要组成部分和主要结构形式,因此对于盾构隧道的安全性能研究具有重要的社会经济价值。我国是地震高发国家,地震对于盾构隧道的安全性能有着及其重要的影响。地震在盾构隧道纵向产生的内力是十分复杂的,会同时在结构中产生纵向轴力和弯矩,而对于这种荷载的耦合效应的研究目前尚未深入。本文以盾构隧道纵向抗震响应特性为研究对象,基于志波由纪夫提出的盾构隧道纵向等效连续模型,提出了能够同时考虑纵向轴力和弯矩耦合作用的盾构隧道纵向变形模型,并以此提出了考虑结构等效刚度更新的反应位移法的迭代计算方法,分析了盾构隧道在地震作用下的纵向力学响应特性,最后使用有限元计算方法对本研究的理论进行验证。文中开展的主要工作及取得的成果如下:（1）基于纵向等效连续化模型,建立能够分析轴力和弯矩耦合作用的盾构隧道纵向变形模型;依据结构的变形状态和材料的弹塑性属性将分析模型分成五种变形模式;针对每种模式展开解析计算,得到纵向等效弯曲刚度、等效拉压刚度以及结构变形和内力的表达式。（2）螺栓预应力、螺栓强度以及隧道直径等因素对结构等效刚度都有着重要的影响,在实际工程中需要对这些因素进行合理的考量。（3）... 

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 盾构隧道地震响应特征
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 盾构隧道抗震分析方法
        1.3.2 盾构隧道纵向分析模型
        1.3.3 盾构隧道环间接头研究
    1.4 研究内容
        1.4.1 研究目的与内容
        1.4.2 技术路线
第2章 盾构隧道纵向变形模型
    2.1 盾构隧道纵向变形模型
        2.1.1 纵向等效拉压刚度
        2.1.2 纵向等效弯曲刚度
    2.2 纵向变形模式的划分
    2.3 纵向变形模式的推导
        2.3.1 模式Ⅰ
        2.3.2 模式Ⅱ
        2.3.3 模式Ⅲ
        2.3.4 模式Ⅳ
        2.3.5 模式Ⅴ
    2.4 本章小结
第3章 盾构隧道纵向变形分析
    3.1 盾构隧道纵向力学行为分析
        3.1.1 结构纵向变形模式
        3.1.2 管片环接缝面张开量
        3.1.3 管片环接头转角
        3.1.4 纵向等效弯曲刚度
        3.1.5 纵向等效拉压刚度
    3.2 判别变形模式的方法
    3.3 纵向等效刚度影响因素
        3.3.1 螺栓强度
        3.3.2 螺栓预应力
        3.3.3 隧道直径
    3.4 有限元模型验证
        3.4.1 有限元模型的建立
        3.4.2 边界条件和荷载的施加
        3.4.3 数值计算结果分析
    3.5 本章小结
第4章 盾构隧道纵向地震响应分析
    4.1 反应位移法
    4.2 纵向内力求解
        4.2.1 轴力的求解
        4.2.2 弯矩的求解
    4.3 反应位移法的迭代计算方法
        4.3.1 迭代计算方法的提出
        4.3.2 反应位移法迭代计算流程
    4.4 实例分析
        4.4.1 计算参数
        4.4.2 地震波输入及工况设置
        4.4.3 结果分析
    4.5 盾构隧道纵向抗震有限元分析
        4.5.1 模型的建立
        4.5.2 数值模拟结果分析
    4.6 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]轴力和弯矩共同作用下盾构隧道纵向非线性等效抗弯刚度研究[J]. 耿萍,陈枰良,张景,何川,晏启祥.  岩石力学与工程学报. 2017(10)
[2]盾构隧道-工作井节点振动台试验设计与分析[J]. 禹海涛,张敬华,袁勇,季倩倩.  中国公路学报. 2017(08)
[3]考虑行波效应的盾构隧道多点振动台试验[J]. 袁勇,包蓁,禹海涛,季倩倩.  中国公路学报. 2017(08)
[4]高轴压作用下盾构隧道复杂接缝面管片接头抗弯试验[J]. 封坤,何川,肖明清.  土木工程学报. 2016(08)
[5]大断面盾构隧道管片接头抗弯力学模型研究[J]. 刘四进,封坤,何川,何政树.  工程力学. 2015(12)
[6]地铁盾构隧道纵缝接头螺栓形式对比试验研究[J]. 朱瑶宏,柳献,张晨光,张宸.  铁道科学与工程学报. 2015(06)
[7]盾构隧道纵向变形附加内力的壳-弹簧-接触模型数值分析[J]. 苏宗贤,何川.  现代隧道技术. 2015(06)
[8]基于模型试验的盾构隧道纵向刚度分析[J]. 叶飞,杨鹏博,毛家骅,毛燕飞,陈治,孙昌海.  岩土工程学报. 2015(01)
[9]盾构管片接头非线性转动刚度研究[J]. 吴全立,王梦恕,董新平.  土木工程学报. 2014(04)
[10]一类盾构管片接头破坏历程的解析解[J]. 董新平,解枫赞.  岩土工程学报. 2013(10)

博士论文
[1]水下盾构法隧道双层衬砌结构力学特性[D]. 周济民.西南交通大学 2012
[2]软土盾构隧道纵向设计方法研究[D]. 余占奎.同济大学 2007



本文编号：3667995