【摘要】：隧道作為一種重要的交通建筑物形式,廣泛用于山區(qū)公路工程,因地形、地質(zhì)和環(huán)境等因素限制,公路隧道與橋梁相互連接的工程也日益增多。在遭遇較強的地震作用下,軟弱圍巖高速公路橋隧搭接段是較易出現(xiàn)較嚴重震害的地段。橋隧搭接段的隧道常為淺埋段,若所處地質(zhì)條件較差或受圍巖風化破碎等的影響,則在地震作用下極易導致隧道洞口處各關鍵部位的損傷或破壞。因此,為了研究軟弱圍巖條件下高速公路橋隧搭接段的震害特點及抗震設防措施,對橋隧搭接段地震動力響應規(guī)律開展系統(tǒng)而深入的研究就成為了一個重要的研究內(nèi)容和前提條件。為此,本論文依托國家自然科學基金項目“基于損傷累積效應的橋隧搭接結構地震動力響應研究”(編號:51408617),開展了橋隧搭接段大型振動臺模型試驗測試工作,研究了軟弱圍巖條件下高速公路橋隧搭接段在地震作用下的動力響應特點及其變化規(guī)律,開展了相應的數(shù)值模擬分析工作并將結果與振動臺試驗結果進行了對比分析。本文的研究內(nèi)容與結論主要包括:(1)基于相似理論和試驗要求確定了主要物理量的相似常數(shù)、模型相似材料,制定了試驗加載及測試方案,將汶川波和EI-Centrol波兩種地震波作為輸入波,開展了相似比為1:50的軟弱圍巖橋隧搭接段的振動臺試驗研究。(2)根據(jù)振動臺模型試驗數(shù)據(jù),對軟弱圍巖條件下高速公路橋隧搭接段地震動力響應結果進行了初步分析,揭示了不同激振強度和加載方式下橋隧搭接段的加速度、動位移和圍巖壓力的響應特點及變化規(guī)律。通過定義加速度放大系數(shù)和差值,分析了襯砌X、Y和Z三個方向的加速度放大系數(shù)變化規(guī)律,同時探討了不同地震波入射方向?qū)蛩泶罱佣蔚挠绊?結果表明橫向入射地震波作用對結構影響相對較大。(3)基于三維橋隧搭接模型,以輸入不同方向的汶川波(X方向、Y方向)為例,采用ANSYS有限元軟件進行了軟弱圍巖高速公路橋隧搭接段地震響應的數(shù)值模擬,將數(shù)值模擬結果與模型試驗結果進行了比較分析。結果表明,兩者的數(shù)值接近且主要變化規(guī)律趨于一致,也從另一方面驗證了試驗結果的合理性。此外,還基于數(shù)值模型分析了地震力作用下隧道離洞口不同距離的測點在地震作用下的位移和應力響應特征,計算結果表明,在地震作用下襯砌水平動位移響應與距離洞口的遠近有關。
[Abstract]:As an important form of traffic building, tunnel is widely used in mountain highway engineering. Due to the constraints of terrain, geology and environment, the road tunnel and bridge are connected with each other increasingly. Under the strong earthquake action, the bridge and tunnel overlap section of soft surrounding rock highway is prone to more serious earthquake damage. The tunnel of bridge and tunnel overlap section is usually shallow buried section. If the geological condition is poor or affected by the weathering of surrounding rock, it is easy to cause damage or damage to every key part of tunnel entrance under earthquake action. Therefore, in order to study the earthquake damage characteristics and seismic fortification measures of bridge and tunnel overlap section of expressway under soft surrounding rock condition, The systematic and in-depth study on seismic dynamic response of bridge and tunnel overlap section has become an important research content and prerequisite. Therefore, based on the project of National Natural Science Foundation of China, "study on Seismic dynamic response of Bridge and Tunnel overlapped structures based on damage accumulation effect" (No. 51408617), the test work of large-scale shaking table model test of bridge and tunnel overlap section is carried out in this paper. In this paper, the dynamic response of bridge and tunnel overlap section of expressway under the condition of soft surrounding rock is studied. The corresponding numerical simulation and analysis work are carried out, and the results are compared with the results of shaking table test. The main contents and conclusions of this paper are as follows: (1) based on the similarity theory and test requirements, the similarity constants of the main physical quantities are determined, the model is similar to the material, and the test loading and testing scheme is established. Two kinds of seismic waves, Wenchuan wave and EI-Centrol wave, are taken as input waves. The shaking table test of the bridge and tunnel overlap section of soft surrounding rock with the similar ratio of 1:50 is carried out. (2) according to the shaking table model test data, The seismic dynamic response results of bridge and tunnel overlap section of expressway under soft surrounding rock condition are analyzed preliminarily, and the response characteristics and variation law of acceleration, dynamic displacement and surrounding rock pressure of bridge and tunnel overlap section under different excitation intensity and loading mode are revealed. By defining acceleration magnification factor and difference, the variation law of acceleration magnification factor in three directions of lining XY and Z is analyzed, and the influence of different incident direction of seismic wave on bridge and tunnel lap section is discussed. The results show that the transverse incident seismic wave has relatively great influence on the structure. (3) based on the three-dimensional bridge and tunnel overlap model, the Wenchuan wave (X direction, Y direction) in different directions is taken as an example. The seismic response of bridge and tunnel overlap section of soft surrounding rock highway is simulated by using ANSYS finite element software. The results of numerical simulation and model test are compared and analyzed. The results show that the values of the two are close and the main variation laws tend to be the same. On the other hand, the rationality of the experimental results is verified. In addition, based on the numerical model, the displacement and stress response characteristics of different distance from the tunnel to the hole under earthquake action are analyzed. The horizontal dynamic displacement response of the lining under earthquake action is related to the distance from the hole.
【學位授予單位】：中南林業(yè)科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U411;U442.55;U452.28

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本文編號：2394780