高烈度地震区公路隧道抗震设防及减震措施的研究

摘要

随着地下空间开发利用的快速发展，地下工程的抗震性能愈来愈受到关注，特别是2008年5月12日的汶川地震的发生，隧道结构的抗震、减震分析变得日益重要。目前地下结构还没有一种较为成熟的抗震设计方法，这使得地下结构抗震研究的重要性和紧迫性日益增加，地下结构抗震减震设计已经成为一个亟待解决的问题。 本论文简述了国内外有代表性的隧道震害实例和各国研究动向及震害研究主要方法、总结了震害特点和分类、简述了震害作用机理。利用有限元分析软件ANSYS中的反应谱分析方法，主要做了以下工作： 1.以浅埋隧道洞身段为例，建立了围岩-隧道结构的二维简化模型，对于多种情况下的围岩-隧道衬砌进行了地震响应分析，讨论了衬砌厚度、衬砌材料刚度、埋深等因素对衬砌结构地震反应的影响，并得到一些基本规律： （1）在地下结构的地震响应分析中，隧道拱脚处易出现应力集中，变形也较大，最容易发生破坏。 （2）隧道的埋深对其动力响应的影响很大。在一定范围内，地下结构的埋深越大，其抗震性能越好。 （3）衬砌厚度对隧道结构的动力响应有较大的影响，随着衬砌厚度的增大，衬砌结构上部抗震性能得到改善，边墙中下部位随着隧道衬砌厚度的增加，应力增加，抗震性能下降。 （4）衬砌材料刚度的改变不影响隧道整体变形的固有规律，随着刚度增大，隧道结构承受地震荷载增大，产生位移减少。 2.以浅埋隧道洞身段为例，建立围岩-减震层-隧道结构的二维简化模型，进行了地震反应分析，对比分析了有无减震层隧道结构的地震反应，讨论了减震层厚度对衬砌结构在地震作用下的影响，并得出一些基本规律： （1）减震层有将地震荷载向围岩内部传递的作用，设置减震层以后，衬砌结构的应力和相对位移明显减小。 （2）减震层的厚度对减震效果有一定的影响，厚度越大，效果越好。但在实际地下结构中，要考虑结构在静力作用下的受力和变形状态。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.2.1公路隧道及地下结构震害

1.2.2隧道及地下结构抗震设计的研究现状

1.2.3隧道及地下结构抗震减震结构模式研究现状

1.2.4隧道及地下结构减震分析的研究途径

1.2.5隧道及地下结构减震措施研究现状

1.3研究内容及技术路线

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线

第二章公路隧道震害

2.1隧道震害的主要表现形式

2.1.1概述

2.1.2震害破坏形式及特点

2.2震害影响因素分析

2.2.1地震震级及烈度的影响

2.2.2覆盖层厚度

2.2.3围岩条件

2.2.4峰值地面加速度

2.2.5地下结构模式的影响

2.3隧道震害机理

2.4本章小结

第三章地震中反应谱分析方法

3.1概述

3.2地震动反应谱

3.2.1反应谱的定义

3.2.2振型组合方法

3.2.3多维地震动输入下的振型组合方法

3.3反应谱周期段的修正

3.4公路隧道中反应谱分析方法

3.5本章小结

第四章有限元模型建立及计算结果分析

4.1 ANSYS有限元软件简介

4.2有限元模型的建立

4.2.1单元选用

4.2.2材料模型及参数选取

4.2.3边界条件处理

4.2.4计算简化模型

4.2.5动力特性分析方法

4.3计算结果及分析

4.3.1不同埋深对隧道地震反应的影响

4.3.2不同衬砌厚度对公路隧道地震反应的影响

4.3.3不同衬砌材料刚度对公路隧道地震反应的影响

4.4本章小结

第五章公路隧道抗震设防

5.1引言

5.2抗震设计原则

5.3抗震设防设计的要求

5.4公路隧道抗震构造措施

5.5本章小结

第六章公路隧道减震措施

6.1引言

6.2公路隧道的一般减震方法和措施

6.2.1隧道衬砌厚度对减震效果的影响

6.2.2隧道衬砌刚度对减震效果的影响

6.2.3减震层对隧道衬砌减震效果的影响

6.2.4减震层厚度改变对隧道衬砌减震效果的影响

6.3本章小结

第七章结论与建议

7.1结论

7.2建议

致 谢

参考文献

附录

1.1埋深为30m、60m、90m阶振型图

1.2衬砌厚度为40cm、50cm、60cm振型图

1.3衬砌刚度为0.5倍刚度、1倍刚度、2倍刚度振型图

1.4有无减震层振型图

1.5 6cm、8cm减震层厚度的振型图

在学期间发表的论著及取得的科研成果