原文传递
盾构隧道三维数值分析方法与衬砌力学特性研究
| 论文题名： | 盾构隧道三维数值分析方法与衬砌力学特性研究 |
| 关键词： | 隧道工程;盾构施工;衬砌结构;抗弯刚度 |
| 摘要： | 随着我国经济的发展和“十三五”期间城镇化进程的加快，城市公共交通的大规模建设成为必然，在建设地铁隧道时，盾构施工法由于其受施工场地和道路交通限制少，对地面生产活动影响小的优点，越来越多的成为修建城市地铁隧道的首选工法。盾构隧道装配式衬砌设计的关键问题在于计算模型本身是否能够真实反映衬砌的实际受力状态，目前用于盾构隧道装配式衬砌的横向设计计算方法有惯用法、修正惯用法、多铰圆环法、梁-弹簧模型和梁-接头模型五种;纵向设计计算方法主要有纵向梁-弹簧模型、纵向等效连续化刚度折减模型两种。上述模型都将盾构隧道装配式衬砌沿横向和纵向简化为梁结构，并且将盾构隧道的横向力学性能和纵向力学性能区分开来进行研究分析。然而，盾构隧道的结构形式非常复杂，纵向和横向的结构性能密不可分，现有的将盾构隧道横纵向简化为梁的方法很多情况下无法准确反映衬砌整体的力学性能，与实际情况出现偏差。 本研究主要内容包括：⑴对盾构隧道接头进行三维有限元建模，在模型几何参数上更加接近实际设计施工情况的同时，对接头处弹性密封衬垫的力学性能和防水效应进行深入研究，并将衬垫的力学性能以本构模型的方式应用到接头三维有限元模型计算中，得到盾构管片的抗弯刚度，为壳-弹簧盾构隧道衬砌模型的接头抗弯刚度提供参数。⑵建立壳-弹簧盾构衬砌模型，以壳单元模拟混凝土管片，以弹簧单元模拟接头，对壳-弹簧模型承受不同轴力的接头进行复杂非线性抗弯刚度的自动化迭代计算，得到不同拼装方式下衬砌环的弯矩和轴力及其分布规律。⑶建立实体单元-弹簧模型，以实体单元模拟混凝土管片，以接触单元实现管片间接触作用，以不同方向的弹簧单元模拟螺栓，三者通过组合成构件的形式模拟接头的抗弯、抗拉压和抗剪非线性效应。研究了通缝、错缝拼装工况下衬砌弯矩和轴力分布的规律，并且将实体-弹簧模型，壳-弹簧模型的计算结果与惯用法和多铰圆环法进行对比分析。⑷依托国内某新建地铁盾构隧道下穿既有运营地铁隧道实际工程，对施工进行全过程计算机仿真数值模拟。采用温度应变比拟的方式，模拟了新建隧道同步注浆浆液在凝固过程中的体积缩减效应，并通过将实体-弹簧模型引入到地层中构成地层-结构计算模型，模拟既有隧道在新建盾构隧道开挖时，既有隧道的位移影响和结构内力影响。揭示了开挖过程对于既有线盾构隧道管片弯矩，轴力，螺栓受力以及管片错台，接缝张开的变化规律。 |
| 作者： | 赵青 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 晏启祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
