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列车荷载作用下隧道衬砌刚度对结构动力响应的影响研究
| 论文题名： | 列车荷载作用下隧道衬砌刚度对结构动力响应的影响研究 |
| 关键词： | 地铁隧道;动力响应;衬砌刚度;列车振动荷载;列车交会;GA-BP神经网络 |
| 摘要： | 近年来，随着我国地下轨道交通的快速发展，地铁隧道结构安全性问题日渐突出。由于地下岩土结构复杂，受土体压力及列车运行时产生的振动荷载的影响，隧道衬砌结构会不可避免地产生各种类型的病害，研究地铁隧道衬砌结构在运营期间的力学特性，对确保地铁线路的安全有着十分重要的意义。本文以济南地区某地铁隧道为依托，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，对列车振动荷载作用下双线地铁隧道二次衬砌结构的动力响应特性进行了分析，并重点研究了影响衬砌刚度不同因素的改变对结构动力响应的影响。主要工作内容及研究成果如下: (1)基于列车运行期间轮轨之间的相互作用，并结合济南地铁车辆参数采用激振力函数模拟了列车作用在轨道上时所产生的振动荷载，同时根据区间地质条件及设计规范要求建立动力有限元模型，并将计算结果与已有研究的实测结果进行对比，验证了模型的可靠性。 (2)对单列列车行驶时所产生的振动荷载作用下地铁隧道衬砌结构的动力响应进行计算，同时根据衬砌厚度、混凝土强度等级、二衬结构环向钢筋间距设计不同工况并提取结构典型位置的动力响应结果，对比分析了不同参数对结构动力响应的影响程度。结果表明，二次衬砌结构加速度及位移峰值位于仰拱底部，动应力峰值位于拱脚，结构的破坏主要受抗拉强度控制。结构的动力响应随衬砌刚度的增加而增大，增长速率随衬砌刚度的增加而逐渐下降，且混凝土强度等级的提高对结构动应力的影响更加明显。 (3)对隧道衬砌结构在列车交会时所引发的振动荷载叠加作用下的动力响应进行了计算，比较了衬砌刚度的改变对隧道衬砌结构左右两侧典型位置动力响应的影响程度。结果表明，衬砌刚度越大，结构左右两侧的动力响应峰值差越小，其中在二衬混凝土结构中加入钢筋能够有效减小结构左右两侧竖向位移差值。 (4)以动力有限元模型的计算结果为基础正交设计了试验样本，分别建立了BP神经网络及GA-BP神经网络模型对结构的基本参数进行预测，并比较了不同算法的预测误差。结果表明，采用遗传算法优化后的BP神经网络模型预测效果更好，采用神经网络的方法来预测结构的基本参数可以在为隧道工程的前期设计提供一定指导，保证运营地铁隧道的安全。 |
| 作者： | 庄金旭 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 虞松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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