高铁列车动载作用下盾构隧道管片疲劳影响因素及评价方法研究

摘要

随着我国高速铁路和城市轨道交通建设的飞速发展，不同交通形式的空间交叉问题将会越来越多，彼此之间相互影响的静动力学问题将会越来越突显出来。在上部通过的高速列车所产生的动荷载长时间的作用下，下穿隧道的盾构管片结构是否会产生疲劳损伤破坏，将会影响到隧道管片结构的自身安全，同时也会危及到上部高速列车的行车安全。
　　为此，以广州地铁九号线广州北～花城路区间下穿武广客专（京广高铁）车站为工程背景，应用数值模拟方法，对高速铁路动荷载作用下的盾构隧道管片的疲劳影响因素和评价标准开展研究。
　　其主要研究工作和成果主要集中在以下几个方面:
　　1)在总结国内外有关混凝土结构疲劳方面的研究成果的基础上，对盾构隧道管片的受力进行数值模拟计算分析，得到管片关键部位最大应力水平和最小应力水平，依据混凝土标准试件经验公式计算得到管片的疲劳寿命极限N，并初步提出了盾构隧道管片疲劳寿命极限以混凝土受拉疲劳寿命作为评价依据;
　　2)研究了不同隧道埋深、地层条件及动载组合对管片疲劳极限的影响，得到管片的疲劳寿命极限随隧道埋深的增加和围岩条件的变好而增加，且当动载同时作用于中间两条相邻轨道板时管片的疲劳寿命最小;
　　3)利用提出的评价方法结合实际工程计算管片的疲劳寿命极限，土体未加固时，隧道管片的疲劳寿命不能满足使用要求;当采用设计加固方案对土体进行加固后，管片的疲劳寿命能满足使用要求，计算得到其安全储备期为16年，设计加固方案可行。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及问题的提出

1．2 国内外混凝土疲劳试验研究现状

1．2．1 单轴疲劳试验

1．2．2 双轴疲劳试验

1．2．3 三轴疲劳试验

1．3 混凝土疲劳影响因素研究现状

1．4 列车动力效应对隧道结构影响方面的研究现状

1．5 存在的问题

1．6 研究内容和技术路线

第2章 动力计算相关理论和方法

2．1 列车动载模拟方法

2．2 无限元边界建立方法

2．3 瑞利阻尼

2．4 动力计算过程

2．5 有限元软件介绍

2．6 本章小结

第3章 管片疲劳破坏评价方法

3．1 盾构隧道管片疲劳计算方法

3．2 盾构隧道三维实体数值模拟

3．2．1 模型建立

3．2．2 模型特点

3．2．3 数值模拟分析结果

3．3 盾构隧道管片疲劳破坏评价方法

3．4 本章小结

第4章 列车动载作用下管片疲劳影响因素

4．1 参数选取

4．2 模型建立

4．3 不同围岩条件动载对管片疲劳的影响

4．3．1 Ⅳ3级围岩管片的疲劳寿命

4．3．2 Ⅴ1级围岩管片的疲劳寿命

4．3．3 Ⅴ2级围岩管片的疲劳寿命

4．3．4 Ⅵ级围岩管片的疲劳寿命

4．3．5 小结

4．4 不同埋深时动载对管片疲劳的影响

4．4．1 埋深5m管片的疲劳寿命

4．4．2 埋深8m管片的疲劳寿命

4．4．3 埋深10m管片的疲劳寿命

4．4．4 埋深14m管片的疲劳寿命

4．4．5 埋深18m管片的疲劳寿命

4．4．6 小结

4．5 不同动载组合时动载对管片疲劳的影响

4．5．1 动载组合1管片的疲劳寿命

4．5．2 动载组合2管片的疲劳寿命

4．5．3 动载组合3管片的疲劳寿命

4．5．4 动载组合4管片的疲劳寿命

4．5．5 动载组合5管片的疲劳寿命

4．5．6 小结

4．6 本章小结

第5章 工程实例分析

5．1 工程概况

5．2 模型建立

5．3 使用期限内管片疲劳寿命极限

5．4 未加固时管片的疲劳寿命

5．5 MJS土体加固

5．6 加固后管片的疲劳寿命

5．7 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研项目