隧道衬砌结构的动力响应分析

摘要

随着现代社会经济的发展城市规模的不断的扩大,城市人口也在急剧增加,这给城市地面交通带来前所未有的压力,这个问题也日益成为制约城市发展的重要因素。为了解决这个问题,世界上许多国家及地区已经或正在大力建设地下交通设施,地铁隧道则是最主要的一种形式。经过近半个世纪的发展,地铁隧道以及地下结构的具体形式和修建数量越来越多,隧道在遭受的地震时抵抗地震的能力越来越受到人们的关注。
　　本文以城市地铁隧道为研究对象,作了如下研究工作。简要叙述了国内外隧道工程的震害实例、震害机理、震害研究的主要方法以及各国对隧道抗震性能研究的动向;以天津地铁1、2号线为工程背景,利用ANSYS计算软件中的瞬态动力学分析工具作了以下三方面的抗震分析：①计算了隧道衬砌结构使用不同材料(钢筋混凝土,钢纤维混凝土和素混凝土)时衬砌结构的内力和位移；②计算了隧道采用不同厚度(0.35m和0.45m)时衬砌结构的内力和位移；③计算了在衬砌与围岩之间设置减震层时衬砌结构的内力和位移，并对三种情况下衬砌结构抗震性能进行比较。研究结果表明:衬砌材料采用钢筋混凝土与钢纤维混凝土是比较好的;水平最大位移均发生在仰拱,竖向最大位移则发生在拱顶处。并且竖向位移与水平位移相比相差较大,其之间的差距在一个数量以上，所以在抗震设计中应以水平位移作为控制依据;减震层明显降低了衬砌结构的内力,但位移有所增加,根据刚度公式可知:位移增加时期体系的刚度减小,这对结构的抗震是有力的,提高了衬砌结构的抗震性能。以上结论,可供相关人员进行隧道抗震设计、施工以及抗震分析参考。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 隧道震害机理分析

1.3 隧道及地下结构抗震研究综述

2 动力有限元理论

2.1 地下结构动力有限元简述

2.2 Drucker-Prager屈服模型在程序中的实现

3 地铁隧道有限元计算模型的建立

3.1 计算模型的基本假定

3.2 单元选取[58-59]

3.3 边界条件和地基截取范围[60-63]

3.4 地震波的选取

3.5 有限元模型

4 计算结果及分析

4.1 不同衬砌材料下地铁隧道的抗震性能

4.2 不同衬砌厚度下地铁隧道的抗震性能

4.3 加减震层后地铁隧道的抗震性能

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 进一步研究工作的展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果