本文選題：地鐵車輛 + 單洞雙線隧道�。� 參考：《上海交通大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：隨著中國城市地鐵軌道交通的發(fā)展邁進(jìn)快速膨脹階段,不同種類的隧道成為地鐵軌道交通建設(shè)和發(fā)展的非常重要的組成部分,因此有必要對車輛高速交會及多工況運(yùn)行對隧道襯砌的影響展開深入的研究。數(shù)值模擬是一種高效的研究方法,它能夠?qū)⒑芏嘁酝苣承┮蛩氐闹萍s而不能高效地實(shí)施理論研究以及試驗(yàn)驗(yàn)證的繁雜理論以及實(shí)際工程難題,經(jīng)過某些計算機(jī)軟件的數(shù)值模擬獲得相對圓滿的答案。本文將地鐵車輛-隧道動力非線性耦合系統(tǒng)進(jìn)行三維非線性整體建模,對該系統(tǒng)開展了深入的數(shù)值仿真研究。以南京地鐵十號線過江隧道工程三維仿真模擬為工程應(yīng)用背景,針對地鐵車輛和隧道提出了動力非線性耦合的三維數(shù)值建模方法,并根據(jù)設(shè)計方提供的設(shè)計圖紙和勘探資料建立了地鐵車輛-隧道動力非線性耦合系統(tǒng)的全三維數(shù)值仿真模型,地鐵車輛為剛-柔耦合多體動力學(xué)有限元模型,土體為彈塑性分層模型,并用粘彈性人工邊界模擬無限域。模型考慮了系統(tǒng)各個部分如襯砌與土體之間、車輛與軌道之間不同類型的耦合作用,整體模型逼近真實(shí)情況。在建立的地鐵車輛-隧道動力非線性耦合系統(tǒng)數(shù)值模型的基礎(chǔ)上,對該系統(tǒng)開展了深入的數(shù)值仿真研究。開展了隧道-土體系統(tǒng)的初始工況仿真,在隧道襯砌、道床、隔板、平臺、煙道板、牛腿等內(nèi)部結(jié)構(gòu)完工以后,該耦合系統(tǒng)在土體內(nèi)部壓力、自身重力以及外水壓力三者一致作用下的起始形變以及應(yīng)力狀況對大型隧道工程的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析至關(guān)重要,為符合實(shí)際情況并得到正確的結(jié)果,需要考慮土體和隧道結(jié)構(gòu)等系統(tǒng)重要組成部分在非運(yùn)營狀態(tài)下的初始靜應(yīng)力場,系統(tǒng)的初始靜應(yīng)力場是后續(xù)系統(tǒng)動力學(xué)性能模擬分析的基礎(chǔ);開展了單洞雙線隧道中地鐵車輛交會仿真,以系統(tǒng)初始靜應(yīng)力場為初始條件,仿真模擬了實(shí)際運(yùn)營中地鐵車輛在隧道中交會的全過程,并與單車運(yùn)行工況進(jìn)行了對比,得到地鐵車輛交會的全過程對隧道襯砌的動態(tài)影響規(guī)律;開展了地鐵車輛多工況運(yùn)行仿真,將實(shí)際運(yùn)營中地鐵車輛存在的牽引、惰行、制動等3種工況簡化為地鐵車輛在隧道中的勻加速、勻速和勻減速運(yùn)動,在考慮系統(tǒng)初始應(yīng)力的基礎(chǔ)上,得到隧道襯砌在地鐵車輛多工況運(yùn)行時的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律。模擬過程符合實(shí)際,數(shù)值模擬結(jié)果表明地鐵車輛交會和地鐵車輛多工況運(yùn)行導(dǎo)致隧道襯砌應(yīng)力和位移分別局部瞬時變化,其震蕩變化幅值較小,隧道在地鐵車輛交會和地鐵車輛多工況運(yùn)行時是穩(wěn)定的。
[Abstract]:With the rapid expansion of urban subway rail transit in China, different kinds of tunnels have become a very important part of the construction and development of subway rail transit. So it is necessary to study the influence of high-speed intersection and multi-working conditions on tunnel lining. Numerical simulation is an efficient research method. It can solve many complicated theoretical and practical engineering problems which were unable to carry out theoretical research and experimental verification efficiently due to some factors in the past. A relatively satisfactory answer has been obtained by numerical simulation of some computer software. In this paper, the three-dimensional nonlinear global modeling of the dynamic nonlinear coupling system of metro vehicle-tunnel is carried out, and the numerical simulation of the system is carried out. Based on the engineering application of 3D simulation for the tunnel project of Nanjing Metro Line 10, a 3D numerical modeling method of dynamic nonlinear coupling is proposed for subway vehicles and tunnels. According to the design drawings and exploration data provided by the designer, the full-3D numerical simulation model of the dynamic nonlinear coupling system of subway vehicle-tunnel is established. The vehicle is rigid-flexible coupling multi-body dynamics finite element model. The soil is elastic-plastic stratified model and the infinite domain is simulated with viscoelastic artificial boundary. The model considers different types of coupling between different parts of the system, such as lining and soil, vehicle and track, and the global model approximates to the real situation. Based on the numerical model of the dynamic nonlinear coupling system of metro vehicle and tunnel, the numerical simulation of the system is carried out. The initial condition simulation of the tunnel-soil system is carried out. After the completion of the internal structures such as tunnel lining, track bed, partition, platform, flue plate, corbel and so on, the coupling system is under internal pressure in the soil. The initial deformation and stress condition under the same action of self gravity and external water pressure are very important for the structural dynamic response analysis of large tunnel engineering, in order to accord with the actual situation and get the correct result. It is necessary to consider the initial static stress field of the system such as soil and tunnel structure under non-operational conditions. The initial static stress field of the system is the foundation of the simulation analysis of the subsequent system dynamic performance. Based on the initial static stress field of the system, the whole process of the subway vehicle intersection in the tunnel is simulated and compared with that of the single track tunnel, which is based on the initial static stress field of the system. The dynamic influence law of the whole process of subway vehicle intersection on tunnel lining is obtained, and the simulation of subway vehicle running under multiple working conditions is carried out, and the traction and idling of subway vehicle in actual operation are carried out. Braking is simplified as the uniform acceleration, uniform speed and uniform deceleration motion of subway vehicles in tunnel. On the basis of considering the initial stress of the system, the dynamic response law of tunnel lining is obtained when the subway vehicle is running under multiple working conditions. The numerical simulation results show that the tunnel lining stress and displacement change locally and the amplitude of vibration change is small, due to the intersection of subway vehicles and the multi-condition operation of subway vehicles. The tunnel is stable when the subway vehicle meets each other and the subway vehicle runs under multiple working conditions.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U451.3

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