运营公路隧道衬砌钢带加固数值模型研究

摘要

随着我国交通建设的发展，隧道的建设也取得了丰硕的成果。由于使用年限的增加，越来越多的运营隧道开始出现病害，隧道的维护加固渐渐受到重视。本文主要研究了在隧道衬砌欠厚情况采用钢带加固法的数值模型。建立合理计算模型，通过数值模拟的方法研究其加固机理及加固参数。
　　本研究主要内容包括：⑴基于地层—结构法理论建立隧道衬砌结构欠厚的钢带加固计算模型，以具体的工程实例为背景，利用有限元软件ABAQUS开展数值模拟研究。结果表明，进行钢带加固之后，衬砌结构的内力和变形有所减小，塑性区范围减小，由贯通发生分离，表明钢带加固法能够提高结构的安全性，有效控制结构的变形。⑵基于工程实例，在衬砌设计厚度为40cm，但实际厚度为25cm的情况下进行钢带加固时，通过数值模拟分析，以塑性区为评价标准研究钢带厚度、钢带宽度和纵向间距对加固效果的影响。结果表明：钢带在不同厚度下的加固效果变化明显。当钢带宽度取0.4m，间距取1.0m，厚度分别为3mm，4mm，5mm，6mm，7mm和8mm时，随着钢带厚度的增加，衬砌结构的塑性区逐渐减小。当钢带的厚度为3mm时，结构的塑性区较大且发生贯通，而当加固厚度增大到8mm时，结构的塑性区由贯通发生“分离”，钢带与衬砌形成的整体结构基本能够保持稳定状态；钢带在不同宽度下的加固效果变化明显。当钢带厚度取6mm，间距取1.2m，宽度分别为20cm，30cm，40m和50cm时，随着钢带宽度的增加，衬砌结构的塑性区逐渐减小。当钢带的宽度为20cm时，结构的塑性区较大并发生贯穿;当钢带宽度增大到50cm时，加固范围内的塑性区不再贯穿，开始出现“分离”，钢带与衬砌形成的整体结构基本能够保持稳定状态；钢带间距不同加固效果变化明显。当钢带宽度取0.4m，厚度取6mm，间距分别为0.8m，1.0m，1.2m和1.4m时，随着钢带间距的减小，钢带间的塑性区越来越小。当间距减小到0.8m时，衬砌结构的塑性区不再贯穿，说明此时两钢带间的衬砌结构处于安全稳定状态。⑶以衬砌结构拱顶竖向位移为标准，利用正交原理对钢带的三个参数:纵向间距、宽度和厚度进行敏感性分析。结果表明，钢带的厚度对衬砌的拱顶位移影响最大，纵向间距影响最小。在本隧道模型加固中改变钢带厚度对加固效果的影响更为明显，然后是钢带的宽度，钢带纵向间距的改变对加固效果的影响较弱。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 隧道衬砌加固技术研究现状

1．2．1 粘贴纤维法

1．2．2 套拱法

1．2．3 换拱法

1．2．4 钢带法

1．3 存在的问题

1．4 主要研究内容及技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

1．5 本章小结

第二章 公路隧道衬砌结构钢带加固计算模型研究

2．1 概述

2．2 钢带加固力学模型

2．2．1 荷载—结构力学模型

2．2．2 地层—结构力学模型

2．2．3 钢带加固力学模型

2．3 钢带加固数值模型

2．3．1 有限元的基本原理

2．3．2 ABAQUS有限元软件简介

2．3．3 建立数值模型

2．3．4 计算算例

2．3．5 钢带加固效果数值模拟研究

2．4 本章小结

第三章 钢带加固机理及加固效果评价方法研究

3．1 概述

3．2 钢带加固衬砌结构的机理分析

3．3 钢带加固效果评价方法

3．4 本章小结

第四章 钢带加固参数对加固效果影响研究

4．1 概述

4．2 钢带加固参数对加固效果的影响

4．2．1 钢带厚度对加固效果的影响

4．2．2 钢带宽度对加固效果的影响

4．2．3 钢带纵向间距对加固效果的影响

4．3 钢带加固参数的敏感性分析

4．3．1 正交设计理论

4．3．2 钢带参数正交试验

4．3．3 结果分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要研究结论

5．2 存在的问题及今后的研究方向

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的研究成果