盾構(gòu)隧道列車振動(dòng)響應(yīng)與疲勞損傷

目錄
第1章 緒論 1
1.1 問題的提出 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng) 2
1.2.2 管片襯砌混凝土結(jié)構(gòu)損傷 4
1.2.3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)疲勞 4
1.2.4 無機(jī)鹽侵蝕效應(yīng) 6
1.3 本書內(nèi)容 8
第2章 列車振動(dòng)荷載下盾構(gòu)隧道的精細(xì)化與等效剛度模擬 9
2.1 列車-軌道-路基耦合動(dòng)力學(xué)理論 9
2.1.1 列車振動(dòng)動(dòng)力學(xué)基本方程 10
2.1.2 動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法 13
2.2 列車振動(dòng)荷載 14
2.2.1 列車振動(dòng)荷載機(jī)理分析 14
2.2.2 列車振動(dòng)荷載幅值分析 14
2.3 管片襯砌精細(xì)化模擬 15
2.3.1 管片接頭模擬方法 15
2.3.2 連接單元失效準(zhǔn)則 17
2.4 管片襯砌等效剛度模擬 18
2.4.1 數(shù)值分析模型 19
2.4.2 襯砌剛度等效數(shù)值 21
2.4.3 橫向剛度等效 24
2.4.4 縱向剛度等效 29
2.5 管片襯砌精細(xì)化和等效剛度模型的應(yīng)用 32
2.5.1 管片襯砌模擬 33
2.5.2 結(jié)果分析 37
2.6 本章 小結(jié) 45
第3章 基于振動(dòng)荷載列車行駛效應(yīng)的盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng) 47
3.1 動(dòng)力響應(yīng)分析方法 47
3.1.1 傅里葉變換法 47
3.1.2 頻響函數(shù)法 48
3.1.3 三分之一倍頻程分析 49
3.1.4 傳遞率函數(shù) 49
3.1.5 動(dòng)力系數(shù) 50
3.2 列車振動(dòng)荷載 50
3.2.1 列車振動(dòng)荷載取值 50
3.2.2 荷載行駛效應(yīng)模擬 51
3.3 空間交叉盾構(gòu)隧道動(dòng)力特性 51
3.3.1 空間交叉有限元模型 51
3.3.2 不同凈距 54
3.3.3 不同列車速度 57
3.3.4 不同圍巖級(jí)別 59
3.3.5 不同位置 61
3.4 結(jié)構(gòu)交叉盾構(gòu)隧道動(dòng)力特性 66
3.4.1 結(jié)構(gòu)交叉有限元模型 66
3.4.2 不同列車速度 69
3.4.3 不同圍巖級(jí)別 70
3.4.4 不同位置 71
3.5 本章 小結(jié) 80
第4章 基于室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)交叉盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng) 82
4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 82
4.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?84
4.1.2 相似比 84
4.1.3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?85
4.1.4 測試內(nèi)容 86
4.2 振動(dòng)荷載 87
4.2.1 實(shí)測荷載 87
4.2.2 模擬荷載 88
4.3 單激振器作用 89
4.3.1 隧道中部振動(dòng) 89
4.3.2 隧道1/4處(靠近進(jìn)口)振動(dòng) 93
4.3.3 隧道3/4處(靠近出口)振動(dòng) 95
4.4 多激振器作用 97
4.4.1 考慮平順性扣件力荷載 97
4.4.2 不考慮平順性扣件力荷載 102
4.4.3 實(shí)測扣件力荷載 103
4.5 掃頻荷載下的動(dòng)力響應(yīng) 106
4.5.1 動(dòng)力響應(yīng)FRF分析 107
4.5.2 三分之一倍頻程分析 109
4.6 本章 小結(jié) 111
第5章 基于室內(nèi)試驗(yàn)的空間交叉盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng) 112
5.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 112
5.1.1 模型箱 112
5.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 114
5.1.3 模型加載 116
5.1.4 試驗(yàn)工況 117
5.2 加速度響應(yīng)特性 119
5.2.1 正弦及掃頻荷載 119
5.2.2 列車振動(dòng)扣件荷載 121
5.3 頻譜響應(yīng)特性 124
5.4 動(dòng)力響應(yīng)傳遞特性 127
5.4.1 傳遞率 127
5.4.2 頻譜響應(yīng) 133
5.5 動(dòng)態(tài)應(yīng)變 136
5.6 地層動(dòng)應(yīng)力 138
5.7 動(dòng)力系數(shù) 139
5.8 動(dòng)力響應(yīng)HHT 141
5.9 本章 小結(jié) 145
第6章 基于裝配式建模的結(jié)構(gòu)交叉盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng) 147
6.1 結(jié)構(gòu)交叉盾構(gòu)隧道數(shù)值模型 147
6.2 模態(tài)分析 148
6.2.1 時(shí)間步長 148
6.2.2 阻尼系數(shù) 150
6.3 數(shù)值模型與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比 150
6.3.1 實(shí)測荷載結(jié)果對(duì)比 150
6.3.2 理論荷載結(jié)果對(duì)比 157
6.4 本章 小結(jié) 163
第7章 基于裝配式建模的空間交叉盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng) 164
7.1 空間交叉盾構(gòu)隧道數(shù)值模型 164
7.1.1 材料參數(shù) 166
7.1.2 動(dòng)力邊界 167
7.1.3 三維接觸 168
7.1.4 對(duì)比模型 169
7.2 結(jié)果對(duì)比 170
7.2.1 不同數(shù)值模型 170
7.2.2 模型與試驗(yàn) 178
7.3 接頭對(duì)交叉盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng)的影響 179
7.3.1 縱向接頭影響 179
7.3.2 環(huán)向接頭影響 181
7.4 本章 小結(jié) 183
第8章 基于無機(jī)鹽侵蝕作用的交叉盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng) 185
8.1 硫酸鹽腐蝕作用 185
8.1.1 硫酸鹽腐蝕分析理論 185
8.1.2 硫酸鹽腐蝕的影響 188
8.1.3 結(jié)構(gòu)交叉盾構(gòu)隧道數(shù)值模型 191
8.1.4 結(jié)構(gòu)交叉盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng) 193
8.2 氯鹽侵蝕作用 201
8.2.1 氯鹽侵蝕分析理論 201
8.2.2 空間交叉盾構(gòu)隧道數(shù)值模型 210
8.2.3 空間交叉盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng) 211
8.2.4 空間交叉盾構(gòu)隧道承載能力 216
8.3 本章 小結(jié) 221
第9章 管片襯砌混凝土損傷理論與改進(jìn)疲勞本構(gòu)模型 224
9.1 混凝土彈塑性損傷理論 224
9.1.1 損傷變量 224
9.1.2 有效應(yīng)力 225
9.1.3 基本假設(shè) 226
9.2 混凝土損傷本構(gòu)模型 228
9.2.1 Loland損傷模型 228
9.2.2 Mazars損傷模型 229
9.2.3 Sidoroff損傷模型 230
9.2.4 分段線性損傷模型 231
9.2.5 分段曲線損傷模型 231
9.2.6 基于規(guī)范推薦的損傷演化方程 231
9.3 ABAQUS中的塑性損傷模型 232
9.3.1 單軸荷載 233
9.3.2 循環(huán)荷載 234
9.4 混凝土疲勞本構(gòu)方程 235
9.4.1 混凝土單軸本構(gòu)模型 235
9.4.2 混凝土疲勞剛度 237
9.4.3 混凝土疲勞強(qiáng)度 238
9.4.4 混凝土殘余應(yīng)變 239
9.4.5 改進(jìn)混凝土疲勞本構(gòu)模型 239
9.4.6 鋼筋疲勞本構(gòu)模型 241
9.5 本章 小結(jié) 244
第10章 結(jié)構(gòu)交叉盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng)與累積損傷 245
10.1 結(jié)構(gòu)交叉盾構(gòu)隧道數(shù)值模型 245
10.1.1 計(jì)算模型 245
10.1.2 材料參數(shù) 246
10.1.3 動(dòng)力邊界 247
10.1.4 高速列車振動(dòng)荷載 247
10.2 列車首次運(yùn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng) 249
10.2.1 主隧道 250
10.2.2 聯(lián)絡(luò)橫通道 256
10.3 結(jié)構(gòu)交叉盾構(gòu)隧道疲勞壽命 261
10.4 不同運(yùn)營年限交叉結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng) 263
10.4.1 主隧道 264
10.4.2 聯(lián)絡(luò)橫通道 267
10.5 不同運(yùn)營年限交叉結(jié)構(gòu)累積損傷 271
10.5.1 主隧道 271
10.5.2 聯(lián)絡(luò)橫通道 274
10.6 本章 小結(jié)278
第11章 空間交叉盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng)與累積損傷 280
11.1 空間交叉盾構(gòu)隧道數(shù)值模型 280
11.1.1 計(jì)算模型 280
11.1.2 材料參數(shù) 282
11.1.3 三維接觸 283
11.1.4 地鐵列車振動(dòng)荷載 283
11.2 列車首次運(yùn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng) 284
11.2.1 上部隧道 284
11.2.2 下部隧道 288
11.3 空間交叉盾構(gòu)隧道疲勞壽命 293
11.4 不同運(yùn)營年限交叉結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng) 294
11.4.1 上部隧道 294
11.4.2 下部隧道 296
11.5 不同運(yùn)營年限交叉結(jié)構(gòu)累積損傷 298
11.6 本章 小結(jié) 303
參考文獻(xiàn) 305
附錄 311