岩质隧道中锚杆的抗震作用数值模拟研究

发布时间：2020-04-14 10:40

【摘要】：随着国家经济发展与交通工程的规划与建设,隧道等地下建筑的数量与日俱增。当隧道遭遇地震时,会受到一定程度的损坏。因此,采用经济合理的抗震防护措施是十分必要的。锚杆作为一种经济的主动加固方式,被广泛得应用于地下工程的设计与建设中。研究锚杆的受力方式及其对隧道和衬砌的作用是十分必要的。本文以太凤线公路韩家山隧道为工程背景,依托三维模拟软件ABAQUS,对衬砌支护隧道、锚杆支护隧道在地震作用下的动力响应特征进行了比较研究,得出如下结论:(1)无锚杆支护条件下隧道与衬砌的动力响应研究表明,在加速度峰值为0.15g的地震作用下,竖直方向上,隧道加速度、速度及位移的值均随埋深的减小而下降,最大加速度值位于仰拱处,为1.19m/s~2,最大位移值位于仰拱处,为17mm。右拱脚处应力峰值最大,为0.404MPa。(2)在控制锚杆平均长度为3.5m的前提下,提出了三种锚杆支护方法:分别为3.5m等长锚杆支护,2.5m和4.5m长短锚杆组合支护,2.5m、3m、3.5m、4m和4.5m长短锚杆组合支护。锚杆支护对隧道围岩加速度的影响较大,对位移影响较小;与无锚支护相比较,加速度值最大降低了14.68%,应力值最大降低了24.75%,位移值降低了2.44%。(3)通过对比不同锚杆支护方式和衬砌支护方式条件下的隧道动力响应特征,认为采用2.5m和4.5m锚杆组合支护的抗震效果较好。
【图文】：

复合模态阻尼和结构阻尼四种。在瑞利阻尼中，可用质量和刚度矩阵的线性组合来表示阻尼矩阵，表达形式如下：C M K（2.14）式（2.14）中， 和 的值是依据材料自身属性定义的。瑞利阻尼模型不适用于阻尼超过 10%临界阻尼的大阻尼系统。在小阻尼系统中使用瑞利阻尼，可以通过求解无阻尼系统特征值来近似代替有阻尼系统的特征值。通过确定系统模态 i 和临界阻尼值i 的大小，瑞利阻尼系数 和 的值可用下式（2.15）求解：iiiii 22 （2.15）i 表示第 i 阶模态的固有频率，瑞利阻尼的质量比例阻尼部分在系统响应的低频段起主导作用，刚度比例阻尼部分在高频段起主导作用。

复合模态阻尼和结构阻尼四种。在瑞利阻尼中，可用质量和刚度矩阵的线性组合来表示阻尼矩阵，表达形式如下：C M K（2.14）式（2.14）中， 和 的值是依据材料自身属性定义的。瑞利阻尼模型不适用于阻尼超过 10%临界阻尼的大阻尼系统。在小阻尼系统中使用瑞利阻尼，，可以通过求解无阻尼系统特征值来近似代替有阻尼系统的特征值。通过确定系统模态 i 和临界阻尼值i 的大小，瑞利阻尼系数 和 的值可用下式（2.15）求解：iiiii 22 （2.15）i 表示第 i 阶模态的固有频率，瑞利阻尼的质量比例阻尼部分在系统响应的低频段起主导作用，刚度比例阻尼部分在高频段起主导作用。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U452.28

【参考文献】

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本文编号：2627209