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潮汐及车辆荷载作用下沉管隧道管节位移及应变研究
| 论文题名： | 潮汐及车辆荷载作用下沉管隧道管节位移及应变研究 |
| 关键词： | 沉管隧道;管节位移;环向应变;潮汐荷载;车辆荷载 |
| 摘要： | 现有沉管隧道大多为公路隧道，由于建造位置特殊，常年受到潮汐荷载和车辆荷载作用。在该作用下，管节会产生竖向循环浮动，容易出现疲劳损伤，同时会对行车的舒适性和接头的密水性产生影响。本文从管节环向应变及竖向位移产生机理出发，采用抗剪单元和抗弯单元并联来模拟柔性接头，建立管节-接头模型，同时提出相应的理论计算方法。依托舟山沉管隧道工程和宁波甬江沉管隧道工程，笔者对潮汐荷载下管节环向应变、竖向位移以及车辆荷载下管节竖向位移进行计算，通过实测和有限元计算进行验证。本文主要研究成果及创新点如下: (1)假定水底表面的回淤土层不透水，将潮汐荷载等效为周期作用在回淤土层上的大面积超载，考虑水土相互作用，借助MIDAS GTS NX有限元软件建立二维模型，对潮汐荷载引起的管节沿管壁方向的环向应变进行计算，并依托舟山沉管隧道工程，验证了模型的可靠性。 (2)采用光纤布拉格光栅传感系统对舟山沉管隧道管节环向应变进行多次连续24h监测。研究结果表明，潮汐对管节环向应变影响所占百分比约为12％～15％。管节截面环向应变与潮位的相关性跟该截面两端约束有关，截面越靠近管节中点或管节两端接头刚度越小，其环向应变与潮位相关性越强。 (3)考虑接头作用，建立管节-接头计算模型。采用谢康和等提出的半解析法计算潮汐荷载作用下河床土层的一维非线性固结沉降，依据潮汐荷载和土层沉降反算不同时刻的等效基床系数。依托宁波甬江沉管隧道工程，验证了理论计算方法的可靠性。 (4)通过理论计算发现，宁波甬江沉管隧道管节中点和接头处的竖向位移随潮位变化分别以日和年为周期发生浮动。同一管节中，管节中点截面浮动量明显大于接头截面浮动量，而不同管节的同一位置截面中，越靠近隧道中点的截面浮动量越大。 (5)将管节视为置于粘弹性地基上的Timoshenko梁，限制接头两端竖向位移及转角，并考虑接头阻尼作用，建立管节动力响应计算模型。依据Timoshenko梁理论，笔者采用数值方法对管节竖向位移响应进行求解。依托宁波甬江沉管隧道工程，通过三维有限元计算验证了该理论模型的可靠性。 |
| 作者： | 陆世杰 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 魏纲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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