交通荷载下叠合式公轨隧道的力学性状研究

摘要：

为模拟交通荷载,引入并改进三车道元胞自动机得到汽车荷载作用位置的随机动态变化,同时利用汽车动力模型、列车-钢轨-隧道耦合动力学模型得到交通荷载量值随时间的动态变化.首先建立叠合式公轨隧道有限元静力模型并进行分析,随后将交通荷载导入公轨隧道有限元模型中,对公路隧道衬砌的动力响应进行分析,获得衬砌的水平应力时程曲线、最大应力响应值和振动加速度,并获得不同隧道布置形式下最大加速度分布曲线、最大应力分布曲线.为减小公路隧道底板拉应力,对2种隧道之间的垫层布置形式进行了措施优化,最后对垫层与动力响应的关系进行研究.研究结果表明:静力条件时铁路隧道造成公路隧道下部刚度差异,不同铁路隧道布置形式会分别加剧或减小公路隧道底板拉应力;动力条件时动力响应值在2种交通荷载共同作用时达到最大值,其中最大拉应力为2.77 MPa,与静力分析相比增加了7.36%,且公路隧道最大振动加速度由列车荷载控制;不同的铁路隧道布置形式下公路隧道的最大振动加速度和拉应力大小及发生位置有所不同,铁路隧道分开、合并布置时,最大振动加速度分别出现在两侧隧洞跨中和公路隧道中墙处,前者最大拉应力值约为后者的1.5倍,且其最大拉应力出现位置更靠近侧墙.通过在公路隧道下方铺设垫层,可以有效控制其底板拉应力,垫层宜优先设置在中墙和2个侧墙位置处.

关键词：公轨隧道、交通荷载、动力响应、元胞自动机、有限元

所属期刊栏目：20

分类号：U459;TU435(隧道工程)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;浙江省自然科学基金委员会-华东院联合基金资助项目;国家自然科学基金;浙江大学平衡建筑研究中心配套资金资助项目;南昌轨道交通集团科研项目;江西省自然科学基金资助项目

在线出版日期：2023-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：2210-2221