高速公路橋隧過渡段力學行為與動力響應(yīng)研究.pdf

1、隨著高速公路的建設(shè)逐漸進入山嶺重丘區(qū)，橋梁隧道工程也日益增多。橋隧過渡工程最顯著的特點是相互連接的橋梁與隧道之間存在著相互影響，橋梁、隧道和周邊巖體受到的擾動更多，其力學行為更為復(fù)雜。但是，目前國內(nèi)外對橋隧過渡工程的研究十分有限，如何對施工過程中進行優(yōu)化，以及如何分析車輛荷載對橋隧過渡段結(jié)構(gòu)的動力作用都是值得關(guān)注的問題。針對以往研究中的不足，本文建立室內(nèi)相似模型，首次利用室內(nèi)試驗研究了橋隧連接工程在重復(fù)行車荷載下圍巖及結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變特征

2、，及疲勞損傷。隨后利用數(shù)值模擬手段，研究了橋隧結(jié)構(gòu)在周期行車荷載下的動力響應(yīng)。隨后根據(jù)橋隧連接處存在沉降差異的特點，推導(dǎo)了重載汽車通過沉降差異處的振動方程，并建立相應(yīng)的隧道振動響應(yīng)方程，以此求得隧道在車輛沖擊荷載下的動力響應(yīng)。以室內(nèi)試驗，數(shù)值模擬及理論分析等手段研究橋隧過渡結(jié)構(gòu)在行車荷載作用下力學行為與動力響應(yīng)，在此基礎(chǔ)上分別針對隧道邊仰坡的參數(shù)反演，穩(wěn)定性分析以及隧道施工圍巖的力學行為進行了研究，闡明了隧道圍巖在施工過程中的力學行為變

3、化，為橋隧過渡段的設(shè)計施工提供了理論依據(jù)。最后結(jié)合現(xiàn)場試驗，將本文研究成果與實際測試結(jié)果進行對比，驗證了本文的理論計算的正確性。本文獲得的具體研究成果有如下幾點:
　　(1)在確定試驗材料和試驗方案的基礎(chǔ)上，研究了不同工況下橋隧過渡段施工過程中，隧道圍巖壓力變化情況，洞口附近圍巖及邊仰坡土體的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，研究了不同工況下橋隧鄰接工程在后期運營階段，汽車荷載及其沖擊作用下，橋、隧結(jié)構(gòu)各關(guān)鍵部位及洞口土體的受力、變形、位移和沉

4、降情況，及工程中常見的病害機理。
　　(2)利用有限元軟件MIDAS-GTS，建立了橋隧過渡段的三維數(shù)值計算分析，并根據(jù)車輛動荷載的大小與時變規(guī)律，施加動力荷載。通過橋隧過渡段的圍巖襯砌應(yīng)力，位移的比對分析，研究車速與橋隧過渡段的不同形式對其穩(wěn)定性的影響:對兩種不同的基礎(chǔ)形式在動荷載作用下的動力反應(yīng)進行對比，分析提出合理的橋隧搭接過渡段結(jié)構(gòu)形式，為方案比選提供理論依據(jù)。
　　(3)在橋臺與隧道襯砌的連接處，兩者之間的沉降差異

5、使車輛通過橋隧過渡段時對路面產(chǎn)生沖擊作用?？紤]車體自身的縱向轉(zhuǎn)動與傾覆，車輛通過橋隧連接段的過程視為一定初始條件下的受迫振動，根據(jù)D'Alembert原理，建立了三自由度與五自由度下，車輛與路面的動力耦合計算模型并給出其振動方程。并利用Laplace變換，對該系統(tǒng)的動力響應(yīng)進行分析，求得各車輪沖擊力隨時間的變化規(guī)律。為了研究上述沖擊荷載對隧道斷面的動力效應(yīng)，將根據(jù)已有兩相飽和介質(zhì)Green函數(shù)，利用Lamb積分公式，結(jié)合隧道斷面特征，以

6、解析積分法推導(dǎo)了矩形和圓形斷面隧道在上述衰減動力荷載下的振動反應(yīng)，并研究了該荷載作用于隧道底部任意位置時的隧道振動位移反應(yīng)表達式閉合解、反應(yīng)時程曲線、瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)的振動形態(tài)。
　　(4)為了獲取隧道的邊仰坡物理力學參數(shù)，采用位移反分析技術(shù)對其進行研究。分別針對層狀以及均質(zhì)邊坡，分別提出了基于模糊數(shù)學以及測斜曲線分析的反分析技術(shù)，并給出其目標函數(shù)。結(jié)合工程實例，計算了的目標函數(shù)的敏感度，證明其有效性。根據(jù)參數(shù)反演的結(jié)果，利用FLAC3