公轨兼用盾构隧道管片接头螺栓在列车振动荷载作用下的动力疲劳性能研究

摘要

随着盾构隧道修建技术的不断发展，盾构隧道的功能从单一的公路隧道或者铁路隧道发展为公轨兼用隧道，公轨兼用隧道需要较大的运营空间，列车轨道平面距离盾构隧道管片的距离很近，列车行驶中产生的激振荷载势必会对管片及其接头产生较大影响，管片接头是盾构隧道衬砌中最容易发生损坏的位置，因此有必要对盾构隧道管片接头，特别是连接螺栓在列车激振荷载谱作用下的动力、疲劳性能进行分析。 本文回顾了盾构隧道的主要计算理论和计算模型、材料疲劳性能的主要研究方法和影响材料疲劳性能的主要因素，总结了列车激振荷载谱的两种编制方法一试验分析法和经验分析法，管片接头力学模型及管片接头有限元建模方法，通过Ansys有限元软件建模分析不同列车时速、不同的螺栓预紧力、管片接头所受不同的弯矩和轴力、不同管片厚度、不同管片长度、不同弹性衬垫厚度、不同螺栓孔位置等工况下管片接头环向连接螺栓在列车激振荷载谱作用下的动力、疲劳性能，给出上述参数的变化对连接螺栓疲劳性能的影响及提高管片连接螺栓疲劳性能的建议。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1盾构隧道研究现状

1.1.1国外究回顾

1.2.2国内研究回顾

1.2盾构隧道衬砌结构性能研究现状

1.2.1衬砌结构计算理论

1.2.2衬砌结构计算模型

1.3材料疲劳性能研究现状

1.4本文研究问题的提出及主要内容

1.4.1本文研究问题的依托工程

1.4.2本文主要内容

第二章疲劳基本理论

2.1疲劳的概述

2.2金属材料的疲劳强度

2.2.1结构疲劳的类型及疲劳设计程序

2.2.2交变应力的类型

2.2.3.疲劳S-N曲线

2.2.4疲劳极限图及其方程表达式

2.2.5影响疲劳强度的因素

2.3疲劳累积损伤理论

2.3.1 Palmgren-Miner线性疲劳累积损伤准则

2.3.2 Manson非线性累积损伤理论

2.3.3 Lemaitre经典损伤公式及其修正公式

2.3.4 Aas-Jakobsen公式及其改进公式

2.3.5 Corten-Dolan非线性疲劳累积损伤理论

2.3.6 Oh非线性疲劳累积损伤公式

第三章列车激振荷载谱的编制

3.1荷载谱概述

3.2编制列车激振荷载谱的两种方法

3.2.1试验分析法

3.2.2经验分析法

第四章管片接头螺栓在列车激振荷载作用下动力、疲劳性能的数值模拟分析

4.1计算机技术在疲劳分析中的应用

4.1.1 nSoft系统

4.1.2 MSC/FATIGUE系统

4.1.3 SPOTYY疲劳分析软件

4.1.4 ANSYS软件

4.2 ANSYS有限元分析软件简介

4.3管片接头力学模型

4.3.1连续梁模型

4.3.2钢筋混凝土截面模型

4.3.3梁-弹簧模型

4.3.4梁一接头模型

4.4管片接头有限元建模

4.4.1建模假定

4.4.2二维计算模型

4.4.3计算工况组合

4.5管片接头动力学特性分析

4.5.1管片接头有限元模型图

4.5.2静力作用下管片及其连接螺栓应力及变形分布

4.5.3不同列车车速下管片接头的动力性能分析

4.5.4不同连接螺栓预紧力作用下管片接头系统内力及位移变化规律

4.5.5不同弯矩作用下管片接头系统内力及位移的变化规律

4.5.6不同轴力作用下管片接头系统内力及位移的变化规律

4.5.7不同管片厚度下管片接头系统内力及位移的变化规律

4.5.8不同管片长度下管片接头系统内力及位移的变化规律

4.5.9不同弹性衬垫厚度下管片接头系统内力及位移的变化规律

4.5.10不同螺栓位置管片接头系统内力及位移的变化规律

4.6管片连接螺栓疲劳特性分析

4.6.1雨流计数法简述

4.6.2管片连接螺栓疲劳特性有限元分析方法

4.6.3不同列车车速下管片连接螺栓疲劳特性分析

4.6.4不同连接螺栓预紧力作用下管片连接螺栓疲劳特性分析

4.6.5不同管片所承受的弯矩作用下管片连接螺栓疲劳特性分析

4.6.6不同管片所承受的轴力作用下管片连接螺栓疲劳特性分析

4.6.7不同管片厚度下管片连接螺栓疲劳特性分析

4.6.8不同管片长度下管片连接螺栓疲劳特性分析

4.6.9不同弹性衬垫厚度下管片连接螺栓疲劳特性分析

4.6.10不同连接螺栓位置管片连接螺栓疲劳特性分析

第五章结论和展望

5.1结论

5.2有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

在学期间的科研成果及发表的论著