【碩士】盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算模型研究與優(yōu)化【2005】

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　　學(xué)科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學(xué)位：工學(xué)碩士　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院　　學(xué)位年度： 2005年　　盾構(gòu)法已在許多國家的隧道建設(shè)中得到廣泛運(yùn)用，為適應(yīng)規(guī)?；ㄔO(shè)的需要，盾構(gòu)法隧道不論在施工工藝還是設(shè)計(jì)手段上正不斷趨于程式化，大多數(shù)國家在盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面都已形成較為固定的方法。但是對(duì)于不同土層條件下計(jì)算模型以及荷載計(jì)算方法的選用并沒有明確的規(guī)定，一般都依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)判斷，或者在缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下僅借助有限元方法進(jìn)行數(shù)值模擬。本文著眼于盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)的這一現(xiàn)狀進(jìn)行了計(jì)算模型對(duì)地層條件的適應(yīng)性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)研究?！　”疚脑诳偨Y(jié)世界范圍內(nèi)盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)常用計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，對(duì)勻質(zhì)圓環(huán)模型、彈性鉸模型和雙環(huán)梁彈簧模型這三種不同襯砌結(jié)構(gòu)模型在計(jì)算結(jié)果上作了比較研究，并針對(duì)結(jié)構(gòu)模型中重要的要素——接頭，研究了接頭剛度對(duì)結(jié)構(gòu)模型計(jì)算結(jié)果的影響。發(fā)現(xiàn)通縫拼裝情況下彈性鉸模型的計(jì)算彎矩小于勻質(zhì)圓環(huán)計(jì)算結(jié)果而結(jié)構(gòu)軸力和變形的情況則相反，且隨著接頭剛度的提高各種計(jì)算結(jié)果均逐漸趨近于勻質(zhì)圓環(huán)情況；而錯(cuò)縫拼裝情況下結(jié)構(gòu)軸力和彎矩均比勻質(zhì)圓環(huán)情況大，且隨著接頭彎曲剛度提高內(nèi)力呈現(xiàn)逐漸減小的規(guī)律?！　”疚尼槍?duì)國內(nèi)盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常用勻質(zhì)圓環(huán)模型簡(jiǎn)化計(jì)算的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀在不同地層條件和接頭剛度條件下作了適應(yīng)性分析，發(fā)現(xiàn)并不是所有情況下采用勻質(zhì)圓環(huán)模型都能夠得到可靠的計(jì)算結(jié)果。在一種地層條件、接頭形式和剛度情況下，采用勻質(zhì)圓環(huán)模型對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)會(huì)過于保守，而在另一種地層和接頭剛度條件下該模型的計(jì)算結(jié)果還可能尚不滿足實(shí)際承載要求。　　對(duì)荷載結(jié)構(gòu)模型來說，地層荷載模式也是計(jì)算模型種非常重要的組成部分，因此本文進(jìn)一步研究了不同的荷載模式，尤其是不同的主動(dòng)地層荷載模式，對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的影響。作者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃偷罔F隧道工程的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)了傳統(tǒng)荷載模式之外的兩種地層荷載模式——正余弦模式和拋物線模式，并通過計(jì)算討論了的它們適應(yīng)性。研究發(fā)現(xiàn)在特定條件下上述兩種主動(dòng)地層荷載模式比傳統(tǒng)模式更符合實(shí)測(cè)結(jié)果。雖然作者未能從規(guī)律上得到各種不同的地層條件下主動(dòng)地層荷載模的分布特點(diǎn)，但本文對(duì)包括傳統(tǒng)模式在內(nèi)的三種主動(dòng)地層荷載模式的比較研究可以對(duì)工程設(shè)計(jì)計(jì)算以及該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究提供有益的參考?！　≡诮Y(jié)構(gòu)模型和荷載模式適應(yīng)性研究的基礎(chǔ)上，作者對(duì)盾構(gòu)隧道襯砌設(shè)計(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化進(jìn)行了探討，以結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)最優(yōu)為目標(biāo)，建立了盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，該模型可采用遺傳算法進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算。為了考慮對(duì)施工成本的控制，在約束項(xiàng)中加入了相關(guān)限制條件，使優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)具有較高的性價(jià)比?！　?

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