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爆炸荷载作用下长江隧道的动力响应和损伤分析
| 论文题名： | 爆炸荷载作用下长江隧道的动力响应和损伤分析 |
| 关键词： | 盾构隧道;衬砌结构;爆炸冲击波;爆炸荷载;损伤分析 |
| 摘要： | 随着城市大型交通隧道的不断发展，恐怖主义和偶然事故引发的隧道内部爆炸事故越来越严重。一旦大型交通隧道内发生剧烈的爆炸事故，往往会给隧道衬砌结构、周围土体及附近地面的结构物造成严重损坏，对隧道内的人员造成生命威胁。爆炸时隧道衬砌结构的稳定性是隧道安全与周围结构物安全的基础，为了解在隧道内爆炸事故引发的衬砌结构动力响应规律，探讨隧道衬砌结构的损伤状况，对盾构隧道衬砌结构抗爆具有深远的意义。本文以武汉长江隧道为工程依托，针对武汉长江隧道形式——盾构隧道内部遭受接触、非接触两种爆炸荷载作用下衬砌结构的动力响应及损伤状况进行了系统的数值模拟分析研究，主要的创新工作和成果包括以下几个方面： 1、概述了武汉长江隧道的工程特点和目前国内外已建大型交通隧道工程所发生的爆炸事故，分析了有关隧道动力响应的理论研究现状，列举了国内外对爆炸冲击波、混凝土结构的动力响应和混凝土结构损伤研究所取得的成果以及不足，在总结当前盾构隧道动力响应和损伤分析存在问题的基础上，指出了本文的研究目的和意义。 2、用ANSYS建立三维模型，LS-DYNA3D进行求解，利用ALE算法、Lagrange网格建模、炸药爆轰产物的JWL状态方程和空气等介质的材料模型和状态方程等，对盾构隧道衬砌结构在爆炸荷载作用下的模型进行了研究。 3、比较分析接触、非接触爆炸荷载作用下盾构隧道衬砌结构底板、顶板和左右侧帮节点的水平或竖向位移、速度和加速度峰值变化规律，了解了不同爆炸方式下盾构隧道的变形规律，探明了隧道衬砌结构在五种爆炸工况下衬砌结构振动响应的剧烈程度和振动响应的一般规律；比较分析了盾构隧道衬砌结构各特殊部位节点在接触、非接触爆炸荷载作用下的Mises等效应力的变化规律，掌握隧道衬砌结构在TNT条形炸药爆炸荷载作用下的应力分布状况。 4、根据建立的计算模型，比较分析了接触、非接触两种爆炸冲击波在盾构隧道内部传播的规律；探讨了接触、非接触爆炸荷载作用下盾构隧道衬砌结构整体爆炸能的耗散特征，得出了不同爆炸方式下爆炸能耗散的一般规律。通过爆炸冲击波的传播规律、爆炸能量的耗散特征以及根据计算模型所得的衬砌结构损伤图，分析了接触、非接触爆炸荷载作用下盾构隧道衬砌结构的容易损伤部位及其损伤规律。 上述工作既为盾构隧道抗爆进一步的理论研究奠定了基础，也为武汉长江隧道具体工程实践提供了重要而有益的借鉴。 |
| 作者： | 卢志芳 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 刘沐宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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