盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算模型及穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)分析研究.pdf

1、本文根據(jù)盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)分析的需要,就其涉及的兩個(gè)主要方面進(jìn)行了研究.一是盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的研究;二是盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)分析的基本框架和思路.具體包含以下內(nèi)容:根據(jù)襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)分析中的關(guān)鍵參數(shù)——襯砌結(jié)構(gòu)的變形、接縫張開角和接頭的內(nèi)力等,將襯砌管片離散成梁單元,管片接頭綜合為一種不具有長度卻能承受一定彎矩的彈性鉸單元,忽略其軸向拉壓和剪切剛度,用彈性地基梁的思想來考慮襯砌與地層的相互作用,以此建立

2、管片襯砌結(jié)構(gòu)的二維計(jì)算模型,并研制了相應(yīng)的有限元計(jì)算程序FHEF,對實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證和結(jié)果分析.針對區(qū)間隧道三維受力與變形的實(shí)際,如工作井和區(qū)間隧道的連接處、區(qū)間隧道與連接通道的連接處等,首次從考慮節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動自由度的廣義協(xié)調(diào)矩形膜元著手,結(jié)合考慮剪切的Mindlin板單元,來構(gòu)造平板型殼單元,吸納二維計(jì)算模型中的彈性鉸單元和彈性地基思想,建立盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算模型,并研制了相應(yīng)的有限元計(jì)算程序FSHEF.該平板型殼元不涉及局部坐

3、標(biāo)下節(jié)點(diǎn)自由度轉(zhuǎn)換到總體坐標(biāo)下自由度的擴(kuò)展問題,自然解決了平板型殼元用于殼體分析時(shí)其整體剛度可能出現(xiàn)奇異的問題和由此處理該問題帶來的麻煩,也避免了基于殼體理論的曲面殼元計(jì)算不穩(wěn)定的缺陷.該三維計(jì)算模型能直接計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形,其計(jì)算結(jié)果就是結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)分析的關(guān)鍵參數(shù),可以直接用于風(fēng)險(xiǎn)分析,這與三維實(shí)體有限元程序只能直接計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的應(yīng)力有較大區(qū)別.并對工程實(shí)例進(jìn)行了三維有限元計(jì)算,二維計(jì)算結(jié)果和三維計(jì)算結(jié)果的比較分析證明了該三維計(jì)算模

4、型和計(jì)算程序FSHEF的有效性和正確性.該三維計(jì)算模型為盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)的縱向分析研究提供了一種新的選擇.從基于敏感性分析的風(fēng)險(xiǎn)因子選取入手,采用基于一次二階矩驗(yàn)算點(diǎn)法(AFOSM)的結(jié)構(gòu)失效概率求解方法,將管片襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算程序FHEF和FSHEF與失效概率求解程序結(jié)合起來,研制了管片襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)分析程序RAST,實(shí)現(xiàn)了管片襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)的定量分析.并根據(jù)盾構(gòu)隧道的工程重要性確定了管片襯砌結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)評估矩陣,工程實(shí)例表明了