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原文传递盾构隧道结构设计优化分析研究

论文题名：	盾构隧道结构设计优化分析研究
关键词：	盾构隧道;管片接头;遗传算法;优化设计;隧道工程
摘要：	目前，盾构隧道结构优化设计多属于传统的被动优化设计，也就是设计者先列出几种可行设计方案，通过计算以及对比分析找出其中最优的方案，这种优化方法只能对比少数几个方案，因此得到的优化设计往往并不是最优的，效率也较低。现代最优化方法是利用计算机编程技术在设计变量可行域内搜索得到优化目标的最优解，在这种搜索包括了可行的所有方案，不仅全面且效率很高。本文以我国建设中的世界上最大直径(外径15m)、公轨兼用的上海长江隧道工程为背景，对大断面越江盾构隧道衬砌结构优化设计进行深入研究，将现代最优化方法应用于盾构隧道结构优化设计。内容及成果如下： 1．管片接头模型建立接头是影响盾构隧道结构受力与变形的重要因素，在本文结构优化设计中接头构造参数是优化设计变量，接头构造参数影响接头刚度，接头刚度又影响结构受力与变形，本文首先建立管片接头力学模型，为接头构造参数优化分析以及结构优化模型中考虑接头影响打下基础。 2．盾构隧道断面优化设计方法建立上海长江隧道外径达15米，内径13.7米，属于特大直径隧道，隧道上部为3车道公路隧道，下部为预留轨道交通空间，隧道为公路隧道兼预留轨道交通，内部布置较复杂，本文将通过对隧道内部结构的合理布局及合理设计，并利用最优化方法在满足隧道各使用功能的条件下建立减小隧道内径，降低隧道工程造价的优化设计方法。 3．盾构隧道结构优化设计方法建立盾构隧道在设计计算时虽然需要设置很多参数，但很多都是由工程特性所确定不变的，如荷载工况、土层参数、隧道位置等，可以人为改变的参数有管片设计厚度与宽度、管片分块、接头位置与构造参数、拼装方式等。本文就此开展分析研究，建立以管片厚度、接头位置以及接头构造参数为设计变量，以管片造价为目标函数，以结构变形、防水要求为约束条件的结构优化模型。由于模型考虑了接头刚度、结构内力及变形的影响，有变量多、非线性以及动态迭代的特点，本文采用遗传算法、C++语言编程实现结构优化模型的求解。 4．工程实例应用本文将盾构隧道断面及结构优化设计方法应用于上海长江隧道，建立了断面及结构优化设计模型，通过数学软件Matlab以及C++语言编程求得最优解以进行优化设计，通过对比分析可以看出，将数学优化理论应用于盾构隧道断面及结构设计取得了可观的经济效益，节省了工程造价。利用最优化方法进行结构设计，实际上是把结构设计问题抽象成一个数学最优化模型，在满足约束条件的可行解内以目标函数为判断依据，搜索出最优的设计参数。在实际设计中，设计者可以参考此方法，根据具体工程特点合理地选取设计变量、目标函数以及约束条件，以实现设计的高效性、经济性与合理性。
作者：	徐燕
专业：	隧道及地下建筑工程
导师：	丁文其
授予学位：	硕士
授予学位单位：	同济大学土木工程学院
学位年度：	2009
正文语种：	中文