明挖隧道结构运营期的内力效应分析

发布时间：2017-08-31 07:31

  本文关键词：明挖隧道结构运营期的内力效应分析

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【摘要】：随着城市明挖隧道在城市交通系统中的比重不断增大,对城市明挖隧道运营期健康监测也越来越多地被工程界和学术界所重视。明挖隧道由于没有围岩参与结构受力,钢筋混凝土衬砌结构承受所有作用荷载,并产生相应的内力效应。正是由于明挖隧道具有这种受力明确的特点,对其进行健康预警评估时,可以借鉴桥梁结构健康状况的预警评估手段,通过分析其内力效应,即应力和变形效应来对其健康状况做出评判。本文依托杭州市紫金港隧道工程,基于紫金港隧道健康监测实测数据,通过ABAQUS三维实体模拟分析,计算在交通荷载、温度荷载、近接地铁盾构施工等工况作用下及承载能力极限状态下隧道的内力效应,为隧道安全评估及预警指标提供依据。主要取得的成果有：(1)隧道运营期的应力实测结果分析表明,温度应力对结构的应力效应起主导作用,且横向应力效应大于纵向应力效应；隧道内的车流荷载引起的应力效应较小。(2)交通荷载作用下紫金港隧道结构的应力分析结果表明,单辆汽车荷载引起的效应非常小,而车道荷载在明挖框架结构中引起的横向应力效应远大于纵向应力效应,其中横向应力约达到隧道建成时结构的应力水平的9%,而纵向应力几乎可以忽略。(3)紫金港隧道结构的温度效应分析结果表明,数值模拟的理论应力较接近于实测值,明挖隧道框架结构在升温时结构主要以受压为主,但在降温时结构的应力变化幅度远小于升温时的应力变化幅度,所以明挖隧道结构在夏季时受力更为不利。(4)地铁5号线下穿紫金港隧道时的施工内力效应分析表明,为减小盾构施工对隧道结构的不利影响,盾构施工应采用“减小推进力-慢速通过”的模式,而且当盾构推进至其正下方时应进一步降低推进力。(5)明挖隧道结构运营后期承受的极端荷载模式为新增的顶面均布荷载和隧道底部的不均匀沉降,紫金港隧道结构极限状态下的内力分析结果表明：当隧道顶面承受的均布荷载增加到成隧状态时的约3倍时,隧道结构将变为机构失去承载能力；当隧道结构底部横向出现的不均匀沉降达到约0.3m时,隧道结构也将出现数个塑性铰而失稳。
【关键词】：明挖隧道 数值模拟 健康预警 内力效应 极限状态
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 绪论13-23
• 1.1 研究背景和意义13-15
• 1.1.1 隧道建设发展状况13
• 1.1.2 隧道结构病害13-14
• 1.1.3 隧道结构健康监测14
• 1.1.4 研究目的和意义14-15
• 1.2 国内外研究情况15-18
• 1.2.1 隧道数值计算模型的研究15-17
• 1.2.2 隧道结构内力效应的研究17-18
• 1.3 本文所依托工程背景介绍18-22
• 1.3.1 工程概况18-20
• 1.3.2 地质情况20-22
• 1.4 本文研究的主要内容22-23
• 2 明挖隧道结构运营期的实测效应分析23-34
• 2.1 概述23
• 2.2 紫金港隧道监测内容23
• 2.3 紫金港隧道监测断面及测点布置23-27
• 2.4 紫金港隧道结构实测应力效应分析27-33
• 2.4.1 运营期初始应力27-28
• 2.4.2 运营期横向应力28-31
• 2.4.3 运营期纵向应力31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 交通荷载引起的内力效应数值模拟分析34-47
• 3.1 概述34
• 3.2 交通荷载模式34-36
• 3.2.1 车道荷载34-35
• 3.2.2 车辆荷载35-36
• 3.3 交通荷载的数值模拟36-40
• 3.3.1 车道荷载的数值模拟36-39
• 3.3.2 车辆荷载的数值模拟39-40
• 3.4 计算结果分析40-46
• 3.4.1 车道荷载作用下应力效应分析40-44
• 3.4.2 车辆荷载作用下应力效应分析44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 温度引起的内力效应数值模拟分析47-55
• 4.1 概述47
• 4.2 温度应力理论47-48
• 4.3 温度应力有限元计算方法48-51
• 4.4 紫金港隧道温度应力有限元模型分析51-54
• 4.4.1 温度荷载模式51
• 4.4.2 有限元模型的建立51-52
• 4.4.3 计算结果分析52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 地铁盾构施工引起的内力效应数值模拟分析55-68
• 5.1 概述55
• 5.2 地铁盾构施工的数值模拟55-57
• 5.3 本构模型及参数的确定57-61
• 5.4 计算分析结果61-66
• 5.4.1 变形效应分析61-63
• 5.4.2 应力效应分析63-65
• 5.4.3 影响范围分析65-66
• 5.5 本章小结66-68
• 6 极限状态下隧道内力效应数值模拟分析68-80
• 6.1 概述68
• 6.2 极限状态破坏模式68-69
• 6.3 极限状态分析模型69-73
• 6.3.1 几何模型及单元69-70
• 6.3.2 材料参数70-73
• 6.4 计算结果分析73-79
• 6.4.1 均布压力作用下计算结果分析73-75
• 6.4.2 强制位移作用下计算结果分析75-79
• 6.5 本章小结79-80
• 7 结论与展望80-83
• 7.1 本文工作总结80-81
• 7.2 工作展望81-83
• 参考文献83-86
• 个人简介86

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本文编号：764279