高速铁路隧道洞口缓冲结构抗减震措施研究

摘要

高速列车高速穿越隧道时会产生明显的气动效应，为解决这一问题通常会在洞口设置缓冲结构。相比于隧道，洞口缓冲结构的抗减震性能要差很多。我国高铁发展迅猛，且全国大部分地区都是地震设防区，因此，研究高速铁路隧道洞外缓冲结构的地震响应特性以及其抗减震措施具有重要意义。
　　本文运用有限元软件ABAQUS模拟分析了条顶组合开口、侧顶组合开口、间缝式双开口、条带式双开口和无开口缓冲结构地震动力响应特性;同时提出抗震缝、混凝土底板、联合设置抗震缝和混凝土底板以及联合设置抗震缝和钢筋拉杆四种抗减震措施，并对其抗减震性能进行了模拟分析和评价，得到的主要结论有:
　　(1)在地震荷载作用下，拱顶加速响应最大，拱肩和拱腰次之，拱脚和仰拱较小;各缓冲结构整体加速度响应大小顺序为:条带式双开口＜条顶组合开口＜无开口＜侧顶组合开口＜间缝式双开口;开口对其附近部位加速度有一定放大作用。
　　(2)在地震荷载作用下，拱腰的Mises应力最大，拱肩次之，拱脚第三，拱顶和仰拱较小（条带式双开口拱顶和拱脚的Mises应力值相差不多）;各缓冲结构整体Mises应力响应大小顺序为:条带式双开口＜无开口＜侧顶组合开口、间缝式双开口＜条顶组合开口;开口附近部位的Mises应力变化幅度较大。
　　(3)在地震荷载作用下，整体上拱腰的最大主应力最大，拱顶次之，拱肩第三，拱脚第四，仰拱最小;各缓冲结构整体最大主应力响应大小顺序为:无开口＜间缝式双开口＜侧顶组合开口＜条带式双开口＜条顶组合开口;开口放大了最大主应力值。
　　(4)抗震缝对缓冲结构抗震缝附近各部位的加速度响应有一定放大作用，但有效减小了各部位Mises应力响应峰值和最大主应力值，抗减震效果较好。
　　(5)混凝土底板对缓冲结构除拱顶外的所有其他部位加速度响应表现出极大的放大作用;对Mises应力和最大主应力在靠近洞口段表现出了明显的放大作用，远离洞口段则表现为一定的减小作用，抗减震效果较差。
　　(6)联合使用抗震缝和混凝土底板整体上对缓冲结构各部位加速度、Mises应力和最大主应力值有极好的减小作用，抗减震措施好。
　　(7)联合使用抗震缝和钢筋拉杆对缓冲结构各部位加速度有极大的放大作用，且放大了大部分部位的Mises应力和最大主应力，抗减震效果差。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高速铁路隧道洞口缓冲结构发展现状

1．2．2 国内外隧道洞口段在历次地震中震害调查现状

1．2．3 国内外隧道洞口段抗减震理论发展现状

1．2．4 国内外隧道洞口段抗减震措施发展现状

1．3 本文研究的内容和方法

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 建模方法及相关参数拟定

2．1 引言

2．2 数值计算相关参数的确定

2．2．1 计算模型和缓冲结构尺寸

2．2．2 材料参数的选取

2．2．3 计算方案

2．2．4 地震波的选取

2．2．5 阻尼的选取

2．2．6 边界条件的设置

2．2．7 地震波输入形式的选取

2．2．8 缓冲结构建模方法的确定

2．3 本章小结

第3章 缓冲结构地震动力响应分析

3．1 引言

3．2 无开口缓冲结构地震动力响应分析

3．2．1 初始应力状态

3．2．2 地震动力响应分析

3．3 条顶组合开口缓冲结构地震动力响应分析

3．3．1 初始应力状态

3．3．2 地震动力响应分析

3．4 侧顶组合开口缓冲结构地震动力响应分析

3．4．1 初始应力状态

3．4．2 地震动力响应分析

3．5 间缝式双开口缓冲结构地震动力响应分析

3．5．1 初始应力状态

3．5．2 地震动力响应分析

3．6 条带式双开口缓冲结构地震动力响应分析

3．6．1 初始应力状态

3．6．2 地震动力响应分析

3．7 本章小结

第4章 缓冲结构抗减震措施研究

4．1 引言

4．2 设置抗震缝抗减震效果分析

4．2．1 计算模型

4．2．2 地震动力响应分析

4．3 设置混凝土底板抗减震效果分析

4．3．1 计算模型

4．3．2 地震动力响应分析

4．4 抗震缝和混凝土底板联合使用抗减震效果分析

4．4．1 计算模型

4．4．2 地震动力响应分析

4．5 抗震缝和钢筋拉杆联合使用抗减震效果分析

4．5．1 计算模型

4．5．2 地震动力响应分析

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．1．1 缓冲结构加速度响应特性

5．1．2 缓冲结构Mises应力响应特性

5．1．3 缓冲结构各断面最大主应力分布特性

5．1．4 缓冲结构抗减震措施及建议

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果