【碩士】隧道強度與隧道結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)有限元分析【2008】

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內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學位：工學碩士　　學位授予單位：長安大學　　學位年度： 2008年　　巖石類材料的強度理論問題一直是隧道結(jié)構(gòu)研究的重要課題。近百年來，人們對巖石類材料強度理論進行了大量的理論研究和試驗論證，采用Mises準則、Tresca準則、雙剪準則和統(tǒng)一屈服準則進行分析。研究表明，大多數(shù)準則只適用于拉壓屈服應(yīng)力相同的材料，對巖石類材料并不適用，因此Mohr-Coulomb強度理論、雙剪統(tǒng)一強度理論等一系列考慮了SD效應(yīng)和中間主應(yīng)力影響的強度理論，更能反映巖石類材料在復(fù)雜因素作用下的真實受力性能。在抗震方面，由于目前對隧道的地震作用機理了解較少，從理論分析和數(shù)值計算角度進行抗震設(shè)計還沒有成熟方法，抗震設(shè)計規(guī)范主要停留在簡單的慣性荷載法。因此采用新的強度理論對隧道結(jié)構(gòu)進行分析和進一步研究隧道抗震有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。　　本文以隧道圍巖和襯砌為研究對象，用雙剪統(tǒng)一強度理論，在假設(shè)塑性體積應(yīng)變不為零的情況下，考慮靜水壓力以及襯砌在塑性變形時裂縫區(qū)的存在，對隧道結(jié)構(gòu)進行彈塑性分析，推導(dǎo)了圍巖抗力系數(shù)?？偨Y(jié)了隧道震害特點和破壞機理，以秦嶺三號特長隧道為例，用ANSYS軟件對隧道結(jié)構(gòu)進行瞬態(tài)分析，對比分析了不同情況圍巖、不同角度入射地震波以及是否考慮砂漿錨桿層等情況下隧道結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)?！　〗Y(jié)果表明：在隧道結(jié)構(gòu)的彈塑性分析中，應(yīng)變?yōu)榱阒皇窃谔囟ㄇ闆r下成立；本文推導(dǎo)的公式相比于Fenner和Kastner公式更具有普遍性，可以通過選用不同的材料參數(shù)，得到各種地質(zhì)條件下圍巖應(yīng)力場和位移場的解析解；隧道結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)主要受周圍圍巖的影響，隨著圍巖參數(shù)提高，圍巖承擔了大部分荷載，襯砌的變形和應(yīng)力減小。砂漿錨桿層的加入對左右邊墻處的應(yīng)力減小最為明顯，對隧道結(jié)構(gòu)的減震抗震起到巨大的作用。斜向地震激勵相比水平地震作用對結(jié)構(gòu)的危害更大；隧道襯砌結(jié)構(gòu)在左右邊墻以及拱頂和拱底是發(fā)生最大主應(yīng)力的部位，易出現(xiàn)應(yīng)力集中，變形較大，是首先發(fā)生破壞的環(huán)節(jié)。在隧道的設(shè)計和施工中，應(yīng)對這些部位給予重視?！　?

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