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钢筋混凝土夹芯管片动力特性与抗弯性能研究
| 论文题名： | 钢筋混凝土夹芯管片动力特性与抗弯性能研究 |
| 关键词： | 夹芯管片;钢筋混凝土;隧道工程;减振降噪;极限荷载 |
| 摘要： | 随着我国经济的高质量发展，用于交通运输的土地资源愈发紧张，人们更加注重对城市地下空间的利用与开发，例如建造地铁缓解交通压力。但轨道列车所带来的振动与噪音问题日益严重，传统减振降噪主要通过单独设置减振降噪层、对轨道自身的减隔振等方式实现。本文利用新型钢筋混凝土夹芯管片，将承重功能与减振降噪要求融为一体，满足结构安全、减振降噪的双重要求。 钢筋混凝土夹芯管片沿厚度方向可分为三层，内外层为钢筋混凝土层，通过桁架连接件连接；中间层为夹芯功能层。针对振动与噪音问题，选取具有一定减振降噪效果的EPS泡沫为夹芯层材料。本文以足尺钢筋混凝土实心和夹芯两种管片为研究对象，通过锤击、激振试验得出两者的动力响应特性，分析夹芯管片的减振降噪效果；利用弯曲试验与数值模拟相结合的方式，比较两者的抗弯承载能力；最后利用数值模拟进行结构优化。本文的主要工作如下： （1）分别对夹芯和实心两种管片进行锤击试验计算两者的阻尼比，利用激振器施加正弦荷载测得其加速度响应。结果表明：由于夹芯层材料，即EPS泡沫具有较高的阻尼比，夹芯管片的阻尼比大于实心管片；在0～130Hz范围内，施加相同频率正弦荷载时，夹芯管片的加速度响应小于实心管片。因此，在低频振动环境下，钢筋混凝土夹芯管片比实心管片具有更好的减振降噪效果。 （2）通过管片跨中位移、内外弧面混凝土应变、上下部钢筋应变、桁架连接件应变随荷载变化规律等四个方面对夹芯管片抗弯承载能力进行全面分析。结果表明：夹芯管片经历弹性阶段、开裂及屈服阶段。桁架连接件参与夹芯管片受力，增大管片抗弯刚度，提高其承载能力。 （3）利用有限元对夹芯管片弯曲试验进行模拟，模拟结果与试验结果拟合较好，证明了模型的正确性。在此基础上将其与实心管片的模拟结果对比。结果表明：夹芯管片的承载能力、变形能力均强于实心管片，证明了夹芯管片的可行性。 （4）利用有限元模型，从桁架连接件个数、夹芯层厚度两个方面对结构进行优化。结果表明：桁架连接件个数越多，管片能承受的极限荷载值越大，但其增速明显减缓；随着夹芯层厚度的增大，管片的开裂荷载、极限荷载呈阶梯型下降趋势。综合多方面因素，优化后的足尺钢筋混凝土夹芯管片夹芯层厚度为120mm，桁架连接件个数为6个。 |
| 作者： | 李智 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 陈安 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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