盾构隧道列车振动响应与疲劳损伤

本书针对列车荷载作用下盾构隧道结构及周围岩土体的动力响应、能量传递和累积损伤等动力学问题，介绍了盾构隧道列车振动动力学特性及其分析方法。全书共11章，内容包括：绪论、列车振动荷载下盾构隧道的精细化与等效刚度模拟、基于振动荷载列车行驶效应的盾构隧道动力响应、基于室内试验的结构交叉盾构隧道动力响应、基于室内试验的空间交叉盾构隧道动力响应、基于装配式建模的结构交叉盾构隧道动力响应、基于装配式建模的空间交叉盾构隧道动力响应、基于无机盐侵蚀作用的交叉盾构隧道动力响应、管片衬砌混凝土损伤理论与改进疲劳本构模型、结构交叉盾构隧道动力响应与累积损伤、空间交叉盾构隧道动力响应与累积损伤。

第1章 绪论 1
1.1 问题的提出 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 盾构隧道动力响应 2
1.2.2 管片衬砌混凝土结构损伤 4
1.2.3 钢筋混凝土结构疲劳 4
1.2.4 无机盐侵蚀效应 6
1.3 本书内容 8
第2章 列车振动荷载下盾构隧道的精细化与等效刚度模拟 9
2.1 列车-轨道-路基耦合动力学理论 9
2.1.1 列车振动动力学基本方程 10
2.1.2 动力学计算方法 13
2.2 列车振动荷载 14
2.2.1 列车振动荷载机理分析 14
2.2.2 列车振动荷载幅值分析 14
2.3 管片衬砌精细化模拟 15
2.3.1 管片接头模拟方法 15
2.3.2 连接单元失效准则 17
2.4 管片衬砌等效刚度模拟 18
2.4.1 数值分析模型 19
2.4.2 衬砌刚度等效数值 21
2.4.3 横向刚度等效 24
2.4.4 纵向刚度等效 29
2.5 管片衬砌精细化和等效刚度模型的应用 32
2.5.1 管片衬砌模拟 33
2.5.2 结果分析 37
2.6 本章 小结 45
第3章 基于振动荷载列车行驶效应的盾构隧道动力响应 47
3.1 动力响应分析方法 47
3.1.1 傅里叶变换法 47
3.1.2 频响函数法 48
3.1.3 三分之一倍频程分析 49
3.1.4 传递率函数 49
3.1.5 动力系数 50
3.2 列车振动荷载 50
3.2.1 列车振动荷载取值 50
3.2.2 荷载行驶效应模拟 51
3.3 空间交叉盾构隧道动力特性 51
3.3.1 空间交叉有限元模型 51
3.3.2 不同净距 54
3.3.3 不同列车速度 57
3.3.4 不同围岩级别 59
3.3.5 不同位置 61
3.4 结构交叉盾构隧道动力特性 66
3.4.1 结构交叉有限元模型 66
3.4.2 不同列车速度 69
3.4.3 不同围岩级别 70
3.4.4 不同位置 71
3.5 本章 小结 80
第4章 基于室内试验的结构交叉盾构隧道动力响应 82
4.1 试验设计 82
4.1.1 试验目的 84
4.1.2 相似比 84
4.1.3 试验模型 85
4.1.4 测试内容 86
4.2 振动荷载 87
4.2.1 实测荷载 87
4.2.2 模拟荷载 88
4.3 单激振器作用 89
4.3.1 隧道中部振动 89
4.3.2 隧道1/4处(靠近进口)振动 93
4.3.3 隧道3/4处(靠近出口)振动 95
4.4 多激振器作用 97
4.4.1 考虑平顺性扣件力荷载 97
4.4.2 不考虑平顺性扣件力荷载 102
4.4.3 实测扣件力荷载 103
4.5 扫频荷载下的动力响应 106
4.5.1 动力响应FRF分析 107
4.5.2 三分之一倍频程分析 109
4.6 本章 小结 111
第5章 基于室内试验的空间交叉盾构隧道动力响应 112
5.1 试验设计 112
5.1.1 模型箱 112
5.1.2 数据采集系统 114
5.1.3 模型加载 116
5.1.4 试验工况 117
5.2 加速度响应特性 119
5.2.1 正弦及扫频荷载 119
5.2.2 列车振动扣件荷载 121
5.3 频谱响应特性 124
5.4 动力响应传递特性 127
5.4.1 传递率 127
5.4.2 频谱响应 133
5.5 动态应变 136
5.6 地层动应力 138
5.7 动力系数 139
5.8 动力响应HHT 141
5.9 本章 小结 145
第6章 基于装配式建模的结构交叉盾构隧道动力响应 147
6.1 结构交叉盾构隧道数值模型 147
6.2 模态分析 148
6.2.1 时间步长 148
6.2.2 阻尼系数 150
6.3 数值模型与试验结果对比 150
6.3.1 实测荷载结果对比 150
6.3.2 理论荷载结果对比 157
6.4 本章 小结 163
第7章 基于装配式建模的空间交叉盾构隧道动力响应 164
7.1 空间交叉盾构隧道数值模型 164
7.1.1 材料参数 166
7.1.2 动力边界 167
7.1.3 三维接触 168
7.1.4 对比模型 169
7.2 结果对比 170
7.2.1 不同数值模型 170
7.2.2 模型与试验 178
7.3 接头对交叉盾构隧道动力响应的影响 179
7.3.1 纵向接头影响 179
7.3.2 环向接头影响 181
7.4 本章 小结 183
第8章 基于无机盐侵蚀作用的交叉盾构隧道动力响应 185
8.1 硫酸盐腐蚀作用 185
8.1.1 硫酸盐腐蚀分析理论 185
8.1.2 硫酸盐腐蚀的影响 188
8.1.3 结构交叉盾构隧道数值模型 191
8.1.4 结构交叉盾构隧道动力响应 193
8.2 氯盐侵蚀作用 201
8.2.1 氯盐侵蚀分析理论 201
8.2.2 空间交叉盾构隧道数值模型 210
8.2.3 空间交叉盾构隧道动力响应 211
8.2.4 空间交叉盾构隧道承载能力 216
8.3 本章 小结 221
第9章 管片衬砌混凝土损伤理论与改进疲劳本构模型 224
9.1 混凝土弹塑性损伤理论 224
9.1.1 损伤变量 224
9.1.2 有效应力 225
9.1.3 基本假设 226
9.2 混凝土损伤本构模型 228
9.2.1 Loland损伤模型 228
9.2.2 Mazars损伤模型 229
9.2.3 Sidoroff损伤模型 230
9.2.4 分段线性损伤模型 231
9.2.5 分段曲线损伤模型 231
9.2.6 基于规范推荐的损伤演化方程 231
9.3 ABAQUS中的塑性损伤模型 232
9.3.1 单轴荷载 233
9.3.2 循环荷载 234
9.4 混凝土疲劳本构方程 235
9.4.1 混凝土单轴本构模型 235
9.4.2 混凝土疲劳刚度 237
9.4.3 混凝土疲劳强度 238
9.4.4 混凝土残余应变 239
9.4.5 改进混凝土疲劳本构模型 239
9.4.6 钢筋疲劳本构模型 241
9.5 本章 小结 244
第10章 结构交叉盾构隧道动力响应与累积损伤 245
10.1 结构交叉盾构隧道数值模型 245
10.1.1 计算模型 245
10.1.2 材料参数 246
10.1.3 动力边界 247
10.1.4 高速列车振动荷载 247
10.2 列车首次运行结构动力响应 249
10.2.1 主隧道 250
10.2.2 联络横通道 256
10.3 结构交叉盾构隧道疲劳寿命 261
10.4 不同运营年限交叉结构动力响应 263
10.4.1 主隧道 264
10.4.2 联络横通道 267
10.5 不同运营年限交叉结构累积损伤 271
10.5.1 主隧道 271
10.5.2 联络横通道 274
10.6 本章 小结278
第11章 空间交叉盾构隧道动力响应与累积损伤 280
11.1 空间交叉盾构隧道数值模型 280
11.1.1 计算模型 280
11.1.2 材料参数 282
11.1.3 三维接触 283
11.1.4 地铁列车振动荷载 283
11.2 列车首次运行结构动力响应 284
11.2.1 上部隧道 284
11.2.2 下部隧道 288
11.3 空间交叉盾构隧道疲劳寿命 293
11.4 不同运营年限交叉结构动力响应 294
11.4.1 上部隧道 294
11.4.2 下部隧道 296
11.5 不同运营年限交叉结构累积损伤 298
11.6 本章 小结 303
参考文献 305
附录 311