爆破施工对新浇混凝土衬砌结构的损伤影响分析

摘要

近年来,随着国民经济的迅猛发展,地下工程建设的项目越来越多,如铁路与公路隧道工程、水利水电工程、市政工程、人防与国防工程等.在岩体地下工程建设中,爆破施工对混凝土结构的影响研究一直是科学界和工程界关注的问题.以往的研究主要集中在爆破施工产生的地震效应方面,并制定了各种情况下混凝土结构的安全振动速度.本文根据混凝土损伤理论,利用有限元数值模拟技术,研究了地下工程掘进爆破施工产生的空气冲击波荷载对早期喷射混凝土衬砌结构的损伤影响,定量地给出了衬砌结构的最大损伤程度.文中分析了多次载荷作用下衬砌结构的损伤积累趋势,对混凝土喷层厚度、掘进施工循环进尺、循环作业时间、爆破药量等因素对衬砌结构的损伤影响进行了对比研究,总结了各种因素下衬砌结构损伤发展变化的规律.探讨了地下工程混凝土衬砌结构的最大允许损伤值,并据此给出了各种工况下掘进爆破施工的安全用药量,为地下工程掘进爆破施工和早期喷射混凝土衬砌结构的设计提供了重要的理论依据.文中论述的利用通用有限元软件ANSYS实现衬砌结构损伤分析的方法,对其它混凝土结构和构件的损伤分析也具有参考价值.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2爆破施工对混凝土结构影响的研究现状

1.2.1工程爆破的地震效应和振动安全速度研究

1.2.2爆破施工对新浇混凝土的影响研究

1.3损伤理论的发展与工程应用

1.3.1损伤理论的发展简况

1.3.2损伤理论的研究内容和方法

1.3.3混凝土损伤研究

1.4本论文研究的内容与主要工作

第二章地下工程衬砌结构的类型与支护原理

2.1地下工程结构的形式

2.2现代衬砌结构支护原理

2.3锚喷支护的工艺特点和力学作用

2.3.1锚喷支护的工艺特点

2.3.2锚喷支护的力学作用

2.4小结

第三章损伤理论与混凝土损伤模型

3.1损伤理论的基本概念

3.1.1卡恰懦夫损伤概念

3.1.2损伤变量和有效应力

3.2混凝土损伤理论及损伤模型

3.2.1混凝土损伤破坏机理分析

3.2.2混凝土损伤模型

3.2.3混凝土动力损伤研究

3.3混凝土损伤问题的求解方法

3.4小结

第四章 混凝土损伤模型在ANSYS上的实现

4.1有限元法概述

4.1.1有限元法简介

4.1.2有限元法分析的一般过程

4.2混凝土的非线性特征及数值解法

4.2.1混凝土的非线性特征

4.2.2材料非线性的有限元解法

4.3地下工程衬砌结构有限元计算模型的建立

4.3.1计算范围的选取

4.3.2边界条件的确定

4.3.3单元类型选择和网格划分

4.4混凝土损伤模型在ANSYS上的实现

4.4.1混凝土结构损伤的有限元计算思路

4.4.2具体步骤

4.5小结

附图

附4.1:用APDL建立衬砌结构计算模型和损伤分析示例

第五章新浇混凝土衬砌结构有限元损伤分析

5.1计算内容

5.2冲击荷载下混凝土的动力特性

5.3爆破冲击波荷载

5.4实例分析

5.4.1基本数据

5.4.2连续冲击波荷载对衬砌结构损伤影响分析

5.4.3不同喷层厚度的衬砌结构损伤分析

5.4.4循环作业时间对衬砌结构损伤值的影响

5.5小结

第六章结论与讨论

参考文献

硕士研究生学习期间发表的论文

致 谢

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