列车振动荷载作用下隧道衬砌结构动力响应与损伤特性研究

发布时间：2017-06-09 07:39

  本文关键词：列车振动荷载作用下隧道衬砌结构动力响应与损伤特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国2010版的《混凝土结构设计规范》虽然已经施行多年,但还未见运用其中的混凝土损伤本构关系对工程结构进行模拟计算的实例,这无疑是工程设计领域的一种不足和缺陷。本文采用理论分析和数值计算的研究方法,根据我国新规范中建议的混凝土损伤本构关系方程,分别建立了微分形式的拉、压损伤演化方程;采用C++语言编写了混凝土弹塑性损伤本构模型的相应计算程序,并在有限差分软件FLAC3D软件平台上进行了二次开发。采用开发的混凝土损伤模型对我国高速铁路隧道在不同行车速度和不同围岩级别下的动力响应进行了系统的分析计算,通过结构的损伤分布直观地了解了衬砌结构的受力特点损伤工作状态,明确了结构的危险部位。计算结果表明:(1)列车振动荷载作用下,衬砌结构的动力响应(位移、加速度、动应力)和损伤值随着离开振源距离的增大而减小,边墙以上部位的损伤较小,拱脚部位的损伤相对较大,在轨道板下混凝土基础与仰拱交接处出现了损伤集中区域,这一部位是衬砌结构可能发生破坏的最危险区域。(2)衬砌结构的动力响应和损伤量随列车速度的提高而增大,其中加速度对列车速度最为敏感;围岩级别对衬砌结构(特别是损伤集中区域)的动力响应、损伤值大小及分布影响较为显著,围岩级别越差,结构损伤程度相对越大;损伤值的增长呈现出阶跃效应。
【关键词】：混凝土 本构模型 FLAC3D 屈服准则 高速铁路 衬砌结构 列车荷载
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451.4
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 引言8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 关于列车荷载振动影响方面的研究9-10
• 1.2.2 关于混凝土材料损伤方面的研究10-12
• 1.3 现阶段研究存在的问题12
• 1.4 研究内容与研究方法12-14
• 1.4.1 主要研究内容12-13
• 1.4.2 主要研究方法13-14
• 第二章 混凝土弹塑性损伤模型14-27
• 2.1 概述14
• 2.2 连续介质损伤力学基本理论14-16
• 2.2.1 损伤变量和有效应力15
• 2.2.2 应变等价原理15-16
• 2.3 混凝土损伤模型简介16-22
• 2.3.1 常见混凝土损伤模型16-20
• 2.3.2 我国《混凝土结构设计规范》建议的表达式20-22
• 2.4 混凝土弹塑性损伤本构建立22-26
• 2.4.1 弹塑性材料的应力-应变关系22-23
• 2.4.2 屈服准则与势函数23-25
• 2.4.3 拉、压损伤分离与损伤演化方程25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 损伤模型数值程序实现及验证27-44
• 3.1 损伤模型应力更新算法27-34
• 3.1.1 弹性预测29-30
• 3.1.2 塑性修正30-32
• 3.1.3 损伤修正32-34
• 3.1.4 应力更新34
• 3.2 FLAC3D二次开发环境及关键技术34-39
• 3.2.1 FLAC3D简介34-35
• 3.2.2 FLAC3D二次开发环境35
• 3.2.3 二次开发关键技术35-37
• 3.2.4 程序开发流程和结果37-39
• 3.3 损伤模型验证39-42
• 3.3.1 单轴拉伸39-40
• 3.3.2 单轴压缩40-41
• 3.3.3 循环拉伸41-42
• 3.3.4 循环压缩42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 基于损伤理论的高速铁路隧道动力响应分析44-81
• 4.1 高速铁路隧道结构44-46
• 4.2 FLAC3D动力计算理论46-48
• 4.2.1 结构体系振动方程46
• 4.2.2 阻尼机制46-47
• 4.2.3 模型动力边界条件47-48
• 4.3 高速列车荷载48-50
• 4.4 计算模型50-52
• 4.4.1 计算单元及网格划分50-51
• 4.4.2 材料参数51-52
• 4.4.3 计算步骤52
• 4.5 计算结果及对比分析52-79
• 4.5.1 不同本构模型下衬砌结构动力响应分析53-55
• 4.5.2 不同行车速度下衬砌结构动力响应分析55-74
• 4.5.3 不同围岩级别下衬砌结构动力响应分析74-79
• 4.6 本章小结79-81
• 第五章 结论与展望81-83
• 5.1 主要研究结论81-82
• 5.2 研究展望82-83
• 参考文献83-86
• 致谢86-87
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文87

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