地震作用下沉管隧道的实验与动力响应分析

发布时间：2017-07-05 19:05

  本文关键词：地震作用下沉管隧道的实验与动力响应分析

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【摘要】：随着我国经济水平的高速发展,对于构建四通八达交通网的需求日益提高。交通设施的日新月异,由此而带来了跨越江河的新方式。沉管隧道的出现极大的解决了人民的内心需求,在保护周围环境的基础上,解决了大面积水域的航运问题。我国地大物博,拥有很长的海岸线,水下交通形式的发展,将大范围的缓解全国各地区的交通压力。沉管隧道的出现对于地基要求小,可以适用软弱地基或者河床等埋深比较浅的场地。有时海底隧道会通过高发地震带,而地震对它会产生一定的作用。沉管隧道的重要性决定了其一旦发生破坏,将产生不可估量的损失。因此,对于沉管隧道在地震作用下的动力响应分析非常重要。目前国内对于陆地隧道的研究取得了一定的成果,但对沉管隧道的动力响应分析比较少。为此,本文在前人研究成果的基础,完成如下工作:(1)进行了土-沉管结构动力相互作用的振动台试验,通过实验分析水平地震动下饱和砂土和非饱和砂土两种场地工况,得出沉管结构和周围土层的地震响应规律;同时对竖向地震动下考虑水和不考虑水两种工况进行实验,研究不同地震强度影响下隧道的响应规律。(2)论证阐述了人工边界的可行性,通过采用粘弹性人工边界,利用大型有限元软件ADINA进行数值模拟,同时对比水平地震和竖向地震作用下沉管隧道的动力响应,从而验证了实验的可靠性和数值模拟参数的可行性。再者对沉管结构的各关键点进行了详细研究和探讨,总结出地震对各关键单元的影响规律;以及考虑不同水深对沉管隧道的影响。本文通过实验和数值模拟的方式,得到沉管隧道在地震激励下的一般规律,可为实际工程中的设计和施工提供参考依据。
【关键词】：沉管隧道 动力分析 地震作用 埋深
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451;U459.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景和意义11-13
• 1.2 沉管隧道国内外现状13
• 1.3 沉管隧道的地震反应分析现状13-15
• 1.4 主要的研究内容及技术路线15-17
• 1.4.1 本课题研究的主要内容15
• 1.4.2 主要技术路线15-17
• 第二章 隧道及地下结构地震反应分析方法17-31
• 2.1 地下结构抗震分析的实用方法17-20
• 2.1.1 波动法17
• 2.1.2 相互作用法17-18
• 2.1.3 实用地震反应分析法18-20
• 2.2 有限元的基本思想20-25
• 2.2.1 有限元法基本分析步骤20-21
• 2.2.2 土的本构模型21-23
• 2.2.3 动力时程分析方法23-25
• 2.3 流固耦合问题的有限元分析25-28
• 2.3.1 流固耦合的动力学模型的方程26
• 2.3.2 流固耦合方程的求解26-28
• 2.4 有限元软件ADINA的简介28-30
• 2.5 小结30-31
• 第三章 基于ADINA的粘弹性人工边界单元及地震动的输入探讨31-39
• 3.1 前言31-32
• 3.2 粘弹性人工边界32-34
• 3.2.1 粘弹性人工边界理论32-33
• 3.2.2 粘弹性人工边界单元33-34
• 3.3 地震波动输入方法34-36
• 3.4 算例验证36-38
• 3.5 结语38-39
• 第四章 地震作用下沉管隧道的振动台模拟实验与结果对比分析39-69
• 4.1 引言39
• 4.2 实验模型土箱设计39-40
• 4.3 相似比设计40-42
• 4.3.1 模型结构相似比设计41-42
• 4.4 模型的制备42-43
• 4.4.1 模型土的制备42
• 4.4.2 结构模型的制备42-43
• 4.5 实验系统及设备介绍43-49
• 4.5.1 设备介绍与传感器设置43-44
• 4.5.2 传感器布置44-47
• 4.5.3 地震波的输入和加载工况47-49
• 4.6 实验结果分析49-68
• 4.6.1 饱和砂土场地下土-结构加速度分析49-56
• 4.6.2 非饱和砂土场地下土-结构加速度分析56-62
• 4.6.3 孔隙水压力对比分析62-65
• 4.6.4 竖向输入地震动时水对结构的影响分析65-68
• 4.7 本章小结68-69
• 第五章 地震作用下土-沉管结构的数值模拟69-89
• 5.1 引言69
• 5.2 有限元模型69-72
• 5.2.1 结构场模型70-72
• 5.3 饱和砂土场地下土-结构地震反应分析72-81
• 5.3.1 0.1g土-沉管结构的加速度反应规律72-73
• 5.3.2 0.2g土-沉管结构的加速度反应规律73-80
• 5.3.3 0.4g土-沉管结构的加速度反应规律80-81
• 5.4 竖向输入地震动时水对结构的影响81-87
• 5.4.1 流体场模型建立81-82
• 5.4.2 不考虑水和考虑水的影响对比82-86
• 5.4.3 不同水深对沉管隧道应力的影响86-87
• 5.5 小结87-89
• 第六章 结语与展望89-91
• 6.1 主要研究成果89-90
• 6.2 下一步展望90-91
• 参考文献91-97
• 攻读硕士学位期间发表的论文97-99
• 致谢99

【参考文献】

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本文编号：523192