考虑接头力学特性的盾构隧道地震响应分析

作     者：王洪龙 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李忠献

授予年度：2012年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：盾构隧道 接头模型 管片内力 地震响应分析 动力有限元分析 

摘      要：盾构隧道衬砌是一种典型的装配式结构，衬砌环间接头对整环刚度的影响是不容忽视的。管片间接头一般由衬垫和螺栓组成，因此接头的力学性能跟衬垫、螺栓的布置方式和材料特性密切相关。此外，接头构造并不是沿管片厚度对称的，且衬垫的材料具有非线性特征，螺栓则需施加预紧力，这些因素使得管片接头在受到外荷载作用下，尤其是动力荷载的作用下，表现出显著的非线性特征。但是，目前隧道动力分析普遍不考虑接头，而常用的接头模型又过于简单不能体现接头复杂的力学特性，因此研究接头的力学特性以及接头在隧道地震分析中对结构内力的影响是非常必要的。本文根据盾构隧道接头的一般构造提出了实体—非线性弹簧单元接头模型，并结合常用的匀质圆环模型和修正惯用模型，分析了各种模型对隧道地震响应计算的影响。主要进行的工作如下： （1）基于盾构隧道衬砌接头的一般构造，对接头的力学特性进行分析，建立了实体—非线性弹簧接头力学模型。运用有限元软件ABAQUS将该接头模型应用到整环隧道衬砌的有限元计算中。 （2）基于包括本文提出模型的三种模型，通过ABAQUS有限元软件以天津地铁一号线工程为背景，进行隧道横断面的地震响应分析，研究不同模型的管片内力结果，进而分析不同管片接头模型在隧道动力分析中的适用性。 （3）结合工程实例，通过对比计算具体分析在计算中考虑接头对管片的内力值大小和内力分布的影响，结合讨论传统的隧道设计思想，为今后的隧道地震响应研究和设计提出了建议。