上海长江隧道衬砌整环结构力学性能研究

论文摘要

上海崇明越江通道工程是上海市乃至国家重大基础设施建设工程之一,设计基准期为100年,采用盾构法施工。该隧道直径为15.0m,建成后将是世界上最大直径的隧道。为了研究衬砌结构在不同埋深、不同侧压系数下的力学性能,进行了错缝拼装衬砌1:1水平整环试验。因而本文针对该问题开展了如下几方面的研究工作:1.介绍了盾构施工法的发展历史、发展现状及其未来的发展趋势;介绍了圆形衬砌结构模型发展的历史以及国际、国内对衬砌结构计算模型的分类方法和对不同的模型的评价。2.详细介绍上海浦东新区五号沟隧道管片生产基地进行的盾构衬砌整环结构1:1错缝拼装试验,包括试验方案、数据处理方法和试验结果等内容。3.利用ANSYS软件建立衬砌接头三维有限元模型,研究衬砌接头在不同的组合轴力、弯矩作用下的力学性能,为衬砌结构的设计提供重要的参数。4.利用ANSYS软件对衬砌整环结构进行三维有限元分析,通过加接触单元模拟混凝土接缝界面间的相互作用,并且对接缝处的螺栓进行模拟;通过有限元分析结果与试验研究结果相对比,研究衬砌结构在不同埋深、不同侧压系数下的力学性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 前言
• 1.2 盾构法隧道工法的发展概况
• 1.2.1 盾构法隧道发展历史
• 1.2.2 盾构法隧道发展趋势
• 1.3 隧道衬砌结构研究现状
• 1.3.1 圆形衬砌结构模型发展历史
• 1.3.2 衬砌结构计算模型分类
• 1.3.3 不同衬砌结构计算模型的评价
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 上海长江隧道衬砌整环结构试验介绍
• 2.1 概况
• 2.2 试件概况
• 2.3 荷载模式
• 2.4 计算参数
• 2.4.1 土质条件和土体参数
• 2.4.2 衬砌管片材料及其参数
• 2.5 水平加载和反力装置
• 2.6 测点布置
• 2.6.1 主筋应力测量
• 2.6.2 环向螺栓应力测量
• 2.6.3 接缝张角测量
• 2.7 数据处理方法
• 2.8 试验结果整理与分析
• 2.8.1 主筋应力
• 2.8.2 环向螺栓应力
• 2.8.3 接缝张开量
• 2.8.4 混凝土裂缝观测
• 2.9 小结
• 第3章 上海长江隧道衬砌管片接头有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 数值模拟方法概述
• 3.3 有限元及ansys简介
• 3.4 接触分析
• 3.5 接头有限元模型的建立
• 3.5.1 模型介绍及边界条件
• 3.5.2 模型计算假定
• 3.5.3 单元介绍
• 3.5.4 材料介绍
• 3.5.5 实常数定义
• 3.5.6 网格划分
• 3.5.7 加载和求解
• 3.6 计算结果分析
• 3.6.1 接头径向位移
• 3.6.2 接头转角、接头刚度
• 3.7 小结
• 第4章 上海长江隧道衬砌整环结构有限元分析
• 4.1 有限元模型建立
• 4.2 计算结果分析
• 4.2.1 管片应力
• 4.2.2 环向螺栓应力
• 4.2.3 接头部位接触压力
• 4.2.4 接缝张开量分析
• 4.2.5 混凝土受拉裂缝
• 4.2.6 弯曲刚度有效率和弯矩提高率
• 4.2.7 衬砌轴力
• 4.2.8 衬砌环弯矩分析
• 4.2.9 衬砌环变形分析
• 4.3 试验误差分析
• 4.4 小结
• 第5章 结论和建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果