基于穿越铁路线的地道桥箱涵结构顶进过程的数值模拟

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1、上海交通大学硕士学位论文穿越铁路线的地道桥箱涵结构顶进过程的数值模拟姓名：朱建栋申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：杜守继20050101穿越铁路线的地道桥箱涵结构顶进过程的数值模拟摘要本文以石家庄拟建地道桥穿越京广线铁路密集区工程为研究背景利用大型通用有限元软件ANSYS模拟超长箱体的顶进施工由于超长箱体的顶进工程极其复杂包括箱体设计理论施工工艺施工过程中箱体的变形控制等重要问题本文借助数值方法来模拟不同长度箱体结构在起动阶段滑动阶段入土阶段顶进就位后的正常使用阶段的受力变形特征具体模拟过程为

2、采用三维实体单元建模引入面面接触模拟结构与土介质的相互作用通过在结构的起动阶段变化顶力和箱体长度得出结构的位移场和应力场随顶力变化和箱体长度变化的规律在入土阶段模拟逐段顶进得到结构的位移和应力变化规律在正常使用阶段分析得到两类不同截面构造箱体在两种不同工况下的位移场和应力场分布特征通过分析计算得到以下结果1.在起动滑动阶段地道桥结构底板的变形要稍大于顶板顶板和底板的竖向位移以及结构整体的Z向位移都与顶力有关顶力越大底板的变形就越大而顶力的变化对边墙水平位移的影响不大2.在起动滑动阶段顶板外侧和内侧跨中

3、存在较大的拉应力拉压应力峰值均出现在底板的跨中部位结构顶板的拉压应力峰值I随顶力的增大而有小幅度增加底板水平应力的变化则较为明显跨中部位的压应力值随顶力增加而增大3.箱体在逐段顶入土体的过程中结构顶入长度越大相同顶力下结构前端的Z向位移就越小箱体结构前端的竖向位移受箱体结构长度的影响较大箱体结构长度越长右边墙水平X向位移就越大箱体结构入土长度越长后端右边墙半高处的水平X向位移越小4.箱体在逐段顶入土体的过程中不同长度箱体后端的Z向应力变化较大顶入长度不等的结构后端的Z向应力值变化较大在沿长度方向约为4

4、0m区域内结构的Z向应力场分布特征受顶力的影响较大5.对于处于正常使用阶段的无梗腋构造的箱体结构在列车荷载满布情况下最大挠度变形在结构顶板跨中拉压应力峰值出现在顶板跨中6.对于处于正常使用阶段的加设梗腋构造的箱体结构列车荷载满布情况下地道结构顶板跨中产生向下最大挠度,而最大拉应力处于顶板跨中内侧和底板跨中内侧本文的模拟结果为地道桥结构设计与施工提供了可靠的分析依据关键词地道桥结构有限元法相互作用应力场位移场IINUMERICALMODELLINGOFJACKINGPROCESSFORUNDERPASS

5、BRIDGETHROUGHRAILROADLINEAbstractThisdissertationisbasedonaproject,whichistoconstructaunderpassbridgethroughthecompactdistrictoftheJing-Guangrailwaylines.Ansysisappliedtosimulatethejackingprocessfortheextralongstructure.Becauseofthecomplexityofthejackin

6、gprocessincludingtheoryofdesign,techofconstruction,controlofdeformationintheconstruction,andetc.,thecharacterofstressanddeformationaffectedbylengthofstructurewillbesimulatedinthephaseoflaunch,sliding,digging,andtheutilityphaseafterinsertion,withtheaidof

7、numericalmethod.Solidandarea-areacontactelementsareappliedtosimulatetheinteractionbetweenthestructureandthesoil.Thelawofthedisplacementfieldandthestressfieldisconcludedbysimulatingthevariationofthejackingforceandlengthofthestructure.Inthephaseofdigging,

8、thelawofthedisplacementandthestressisalsoconcludedbysimulatingthesegmentaljack.Intheutilityphase,thedistributionofthedisplacementfieldandthestressfieldofdifferentsectionalstructureisworkedoutunderthetwodifferentworkconditions.Mai