基于SMA的水下盾构隧道减震节点试验与有限元分析研究

发布时间：2023-01-09 11:19

　　近年来随着城市建设的发展和地下空间的开发,各类地下建筑物大量兴建,过江通道的选择方式逐渐由桥梁变为倾向于选择隧道,体现出隧道独特的优越性,且其中大多数采用了盾构法修建。但应该看到,由于水下盾构隧道构造复杂、安全隐患不易发现及其在水下的特殊性,一旦遭受破坏将会产生灾难性后果。尤其我国还是典型的多地震国家,大部分地区处于地震频发区,大型水下盾构隧道的抗震安全性已成为工程界最关注的问题之一。因此,深入探索、开展系统的盾构法隧道结构抗震、减震理论与应用研究显得尤为重要和紧迫。本文所在研究团队前期依托某大型水下盾构隧道工程,针对隧道沿纵向土层变换处,环缝接头张开量超过防水限值的情况,提出了一种“哑铃式”形状记忆合金柔性减震节点,进行了盾构隧道整体纵向地震作用动力响应分析,及一系列不同形式的SMA材料力学性能试验,初步探讨了SMA柔性减震节点用于隧道的可行性。本文即在团队前期研究基础上,深入开展基于形状记忆合金的水下盾构隧道减震节点研究,研制适用于工程应用的SMA装置,开展相关的装置试验及力学分析,旨在推进消能减震节点在水下盾构隧道工程中的实际运用。具体研究工作及结论如下:（1）基于盾构隧道管环间... 

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 盾构隧道抗震性能研究现状
    1.3 盾构隧道抗减震措施概述
        1.3.1 地基加固
        1.3.2 调整衬砌结构刚度
        1.3.3 设置隔减震装置
    1.4 形状记忆合金阻尼器的应用概述
        1.4.1 消能减震技术
        1.4.2 形状记忆合金阻尼器的应用现状
    1.5 本文主要研究内容
第二章 基于SMA的隧道减震节点装置研发及试验
    2.1 引言
    2.2 基于SMA的隧道减震节点装置
        2.2.1 SMA阻尼器的消能机理
        2.2.2 SMA阻尼器的选材
        2.2.3 SMA减震节点装置方案设计
    2.3 SMA阻尼器力学性能试验
        2.3.1 试验目的
        2.3.2 试验对象
        2.3.3 试验加载方案
        2.3.4 SMA阻尼器试验结果与分析
        2.3.5 SMA阻尼器极限性能试验
    2.4 SMA装置部件连接性能试验
        2.4.1 橡胶止水层冷粘粘结性能测试
        2.4.2 连接螺栓预紧力疲劳试验
        2.4.3 橡胶徐变的影响
    2.5 本章小结
第三章 SMA阻尼器力学性能有限元分析
    3.1 引言
    3.2 形状记忆合金材料特性
        3.2.1 形状记忆效应
        3.2.2 相变超弹性效应
        3.2.3 阻尼特性
    3.3 SMA材料的本构模型
        3.3.1 SMA材料本构模型的类型
        3.3.2 SMA材料唯象理论本构模型
    3.4 SMA材料的本构模型选用
        3.4.1 Liang和 Roger模型简介及其简化
        3.4.2 双旗型-SMA本构模型简介及参数调整
    3.5 SMA材料和阻尼器力学性能有限元分析
        3.5.1 SMA材料本构模型的UMAT子程序开发
        3.5.2 SMA阻尼器参数的选取和计算模型的构建
        3.5.3 SMA阻尼器有限元模拟结果分析
    3.6 SMA阻尼器滞回曲线的计算和试验对比
    3.7 本章小结
第四章 盾构隧道三维管环段地震反应分析
    4.1 引言
    4.2 盾构隧道管环接头构造
    4.3 盾构隧道三维管环段模型无控结构地震反应有限元分析
        4.3.1 工程概况
        4.3.2 模型结构数值计算参数
        4.3.3 地震波的选取和工况
        4.3.4 监测点选择
        4.3.5 无控结构地震反应结果分析
    4.4 盾构隧道三维管环段模型有控结构地震反应有限元分析
        4.4.1 模型结构的构建
        4.4.2 有控结构地震反应结果分析
    4.5 本章小结
第五章 结论
    5.1 主要工作及结论
    5.2 不足与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于柔性节点的高烈度区盾构隧道纵向地震反应减震分析[J]. 张颖,李志山,徐丽,陈华霆,罗俊杰.  华南地震. 2017(02)
[2]沉管隧道接头力学模型及刚度解析表达式[J]. 禹海涛,袁勇,刘洪洲,李贞新.  工程力学. 2014(06)
[3]大型水下盾构隧道结构研究现状与展望[J]. 何川,封坤.  西南交通大学学报. 2011(01)
[4]浅谈水下盾构隧道结构病害处理[J]. 赵样平,赵文成.  四川建筑. 2010(02)
[5]沉管隧道GINA橡胶止水带数值模拟分析[J]. 黄帆.  结构工程师. 2010(01)
[6]盾构法水下隧道工程技术的发展[J]. 杨文武.  隧道建设. 2009(02)
[7]2008年汶川8.0级地震孕震机理研究[J]. 陈祖安,林邦慧,白武明,程旭,王运生.  地球物理学报. 2009(02)
[8]阪神地震中大开地铁车站震害机制数值仿真分析[J]. 庄海洋,程绍革,陈国兴.  岩土力学. 2008(01)
[9]水底液化地层大型盾构隧道地震响应分析[J]. 袁大军,黄清飞,王梦恕,郭信君,孙立.  岩石力学与工程学报. 2007(S2)
[10]武汉长江隧道管片衬砌结构受幅宽影响的力学分布特征研究[J]. 张建刚,何川,杨征.  岩石力学与工程学报. 2007(S2)

博士论文
[1]地下建筑结构实用抗震分析方法研究[D]. 王璐.重庆大学 2011
[2]盾构隧道地震响应分析及抗减震措施研究[D]. 孔戈.同济大学 2007

硕士论文
[1]水下盾构隧道纵向抗震性能分析及SMA柔性减震节点研究[D]. 习智强.广州大学 2017
[2]大直径盾构隧道结构地震响应及减震措施研究[D]. 张伟.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2009



本文编号：3729091