盾构隧道管片内力分析及有限元软件二次开发

摘要

近年来，随着世界各地隧道工程的开展，隧道工程相关的技术随之不断进步，各国隧道设计方法和计算技术也得到不断的发展和完善。为了研究混凝土管片接头的力学特性，应用弹塑性模型和平截面变形假定，提出了混凝土管片接头的计算模型，推导了管片接头极限弯矩的解析表达式，分析了管片轴力对接头极限弯矩的影响。研究表明，随着管片轴力的增加，管片接头的极限弯矩增加。并通过建立管片接头的三维有限元模型对管片接头极限弯矩计算模型进行了验证。为了研究影响管片内力的因素，分析了隧道埋深、管片直径和土层泊松比对管片内力的影响。研究表明，随隧道埋深增加，管片的内力均线性增加；埋深对管片轴力的影响最大，弯矩次之，对剪力的影响较小。管片轴力随直径呈线性增加，弯矩也随直径的增加而增加，但弯矩的增加量逐渐减小；在直径从小到大的变化过程中，剪力先增加后减小。随着土层泊松比的增加，管片的内力均呈减小趋势；土层泊松比对管片内力的影响很大，对弯矩的影响尤为显著。为了研究管片的抗震性能，运用调幅后的El Centro地震波，对琼州海峡盾构隧道进行抗震性能分析，分析了管片的内力增量。研究表明，水平地震荷载作用下，管片的内力均有所增加，其中剪力增加了5.13%；弯矩增加了4.67%；地震对管片轴力的影响较小，仅增加了0.87%。在对管片进行抗震设计时，应重点提高隧道管片的抗剪性能和抗弯性能。为了提高管片的分析设计效率，采用VB对ANSYS的自带语言APDL进行二次开发，实现了管片力学特性的参数化建模和分析。设计出系统分析管片力学性能的参数化界面，包括内力分析、配筋计算和抗震性能分析。该方法降低了设计人员的建模难度，为繁琐、复杂模型的设计提供了一种新思路。

目录

声明

引言

1盾构隧道管片结构内力计算分析

1.1 盾构隧道管片2D结构模型

1.2 盾构隧道管片内力计算模型

1.3 盾构隧道管片内力的影响因素分析

1.4 本章小结

2混凝土盾构隧道管片截面设计及接头极限弯矩分析

2.1 混凝土盾构隧道管片配筋计算及其实例分析

2.2 混凝土盾构隧道管片接头极限弯矩分析

2.3 混凝土盾构隧道管片接头极限弯矩分析算例

2.4 本章小结

3盾构隧道管片的抗震性能分析

3.1 动力学基础知识

3.2 盾构隧道管片的抗震设计理论

3.3 盾构隧道管片的常用抗震分析方法

3.4 盾构隧道结构的抗震性能分析实例

3.5 本章小结

4盾构隧道管片有限元计算软件二次开发

4.1 盾构隧道管片参数化建模设计思想

4.2 VB参数化界面实现的关键性步骤

4.3 盾构隧道管片力学性能分析二次开发实例

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A 琼州海峡盾构隧道管片内力计算程序

附录B 琼州海峡盾构隧道管片抗震分析程序

附录C 时程曲线法分析时管片内力提取程序

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢