明挖隧道结构运营期的内力效应分析

摘要

随着城市明挖隧道在城市交通系统中的比重不断增大，对城市明挖隧道运营期健康监测也越来越多地被工程界和学术界所重视。明挖隧道由于没有围岩参与结构受力，钢筋混凝土衬砌结构承受所有作用荷载，并产生相应的内力效应。正是由于明挖隧道具有这种受力明确的特点，对其进行健康预警评估时，可以借鉴桥梁结构健康状况的预警评估手段，通过分析其内力效应，即应力和变形效应来对其健康状况做出评判。
　　本文依托杭州市紫金港隧道工程，基于紫金港隧道健康监测实测数据，通过ABAQUS三维实体模拟分析，计算在交通荷载、温度荷载、近接地铁盾构施工等工况作用下及承载能力极限状态下隧道的内力效应，为隧道安全评估及预警指标提供依据。主要取得的成果有:
　　(1)隧道运营期的应力实测结果分析表明，温度应力对结构的应力效应起主导作用，且横向应力效应大于纵向应力效应;隧道内的车流荷载引起的应力效应较小。
　　(2)交通荷载作用下紫金港隧道结构的应力分析结果表明，单辆汽车荷载引起的效应非常小，而车道荷载在明挖框架结构中引起的横向应力效应远大于纵向应力效应，其中横向应力约达到隧道建成时结构的应力水平的9％，而纵向应力几乎可以忽略。
　　(3)紫金港隧道结构的温度效应分析结果表明，数值模拟的理论应力较接近于实测值，明挖隧道框架结构在升温时结构主要以受压为主，但在降温时结构的应力变化幅度远小于升温时的应力变化幅度，所以明挖隧道结构在夏季时受力更为不利。
　　(4)地铁5号线下穿紫金港隧道时的施工内力效应分析表明，为减小盾构施工对隧道结构的不利影响，盾构施工应采用“减小推进力．慢速通过”的模式，而且当盾构推进至其正下方时应进一步降低推进力。
　　(5)明挖隧道结构运营后期承受的极端荷载模式为新增的顶面均布荷载和隧道底部的不均匀沉降，紫金港隧道结构极限状态下的内力分析结果表明:当隧道顶面承受的均布荷载增加到成隧状态时的约3倍时，隧道结构将变为机构失去承载能力;当隧道结构底部横向出现的不均匀沉降达到约0.3m时，隧道结构也将出现数个塑性铰而失稳。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 隧道建设发展状况

1．1．2 隧道结构病害

1．1．3 隧道结构健康监测

1．1．4 研究目的和意义

1．2 国内外研究情况

1．2．1 隧道数值计算模型的研究

1．2．2 隧道结构内力效应的研究

1．3 本文所依托工程背景介绍

1．3．1 工程概况

1．3．2 地质情况

1．4 本文研究的主要内容

2 明挖隧道结构运营期的实测效应分析

2．1 概述

2．2 紫金港隧道监测内容

2．3 紫金港隧道监测断面及测点布置

2．4 紫金港隧道结构实测应力效应分析

2．4．1 运营期初始应力

2．4．2 运营期横向应力

2．4．3 运营期纵向应力

2．5 本章小结

3 交通荷载引起的内力效应数值模拟分析

3．1 概述

3．2 交通荷载模式

3．2．1 车道荷载

3．2．2 车辆荷载

3．3 交通荷载的数值模拟

3．3．1 车道荷载的数值模拟

3．3．2 车辆荷载的数值模拟

3．4 计算结果分析

3．4．1 车道荷载作用下应力效应分析

3．4．2 车辆荷载作用下应力效应分析

3．5 本章小结

4 温度引起的内力效应数值模拟分析

4．1 概述

4．2 温度应力理论

4．3 温度应力有限元计算方法

4．4 紫金港隧道温度应力有限元模型分析

4．4．1 温度荷载模式

4．4．2 有限元模型的建立

4．4．3 计算结果分析

4．5 本章小结

5 地铁盾构施工引起的内力效应数值模拟分析

5．1 概述

5．2 地铁盾构施工的数值模拟

4．3 本构模型及参数的确定

5．4 计算分析结果

5．4．1 变形效应分析

5．4．2 应力效应分析

5．4．3 影响范围分析

5．5 本章小结

6 极限状态下隧道内力效应数值模拟分析

6．1 概述

6．2 极限状态破坏模式

6．2 极限状态分析模型

6．2．1 几何模型及单元

6．2．2 材料参数

6．4 计算结果分析

6．4．1 均布压力作用下计算结果分析

6．4．2 强制位移作用下计算结果分析

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 本文工作总结

7．2 工作展望

参考文献

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