沉管隧道健康監(jiān)測的基礎研究.pdf

1、從1910年修建第一條沉管隧道－底特律隧道至今已經有96年的歷史了。作為跨水域的交通方式，沉管隧道以其獨有的優(yōu)越性，受到工程界的廣泛關注。目前世界上已有100多條用于鐵路、公路的沉管隧道建成并投入使用。中國大陸建成的沉管隧道有廣東珠江隧道、寧波甬江沉管隧道、常洪沉管隧道以及上海外環(huán)線沉管隧道等。 沉管隧道長期運行過程中受地震、車輛以及波流等載荷的作用，并且由于沉管隧道造價昂貴，可靠性要求很高，有必要通過分析其在外激勵力下的動力特

2、性，研究結構損傷產生和發(fā)展的機理以及對結構剩余壽命進行預測。這對提高結構可靠性、降低維護費用、災害預報、提高生產效率等有重要的意義。 論文研究內容主要涉及到沉管隧道－土體－流體相互作用體系的力學模型的建立、土壤的非線性、土壤特性、埋深以及動水壓力等因素對沉管隧道動力特性的影響研究、單段沉管隧道結構的建模與有效性的檢驗、沉管隧道結構－土體動力相互作用體系模型試驗、沉管結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的特點以及實現(xiàn)方案的研究等。 論文首先概

3、述了沉管隧道結構動力特性的研究意義和研究背景，并對其研究現(xiàn)狀和研究方法進行了綜述，對沉管隧道動力特性相關的一些問題，如沉管接頭、流體的影響和沉降問題也進行了探討。 論文根據結構動力學的有關理論，建立了在地震激勵下沉管隧道結構體系的動力平衡方程，討論了有關動力平衡方程的求解問題；對有關沉管隧道建模中的人工邊界、土壤的非線性、阻尼模型、網格的劃分以及地震波的選擇等理論問題進行了研究，為沉管隧道結構體系進行動力分析提供了理論基礎。

4、 使用通用有限元軟件ANSYS對沉管隧道結構體系動力相互作用問題進行分析，探討了土壤非線性、土壤特性、埋深以及動水壓力等因素對沉管隧道動力特性以及地震響應的影響。結果表明：土壤的非線性、土壤特性、埋深和動水壓力等因素對結構有較大影響，在對沉管隧道結構體系進行建模和分析時應充分考慮這些因素。 按照1:150縮小比例制作了單段沉管隧道的模型，并通過試驗和計算對沉管隧道進行模態(tài)分析，檢驗了計算模型的有效性。 進行了沉管隧道

5、－土體相互作用體系模型試驗，并對主要試驗結果進行了分析，研究了沉管隧道－土體相互作用規(guī)律；數值分析結果和試驗結果比較吻合，從而驗證了計算模型和計算方法的合理性。 對結構損傷識別方法進行了研究，分析了沉管隧道結構健康監(jiān)測的特點，并根據這些特點對沉管隧道結構健康監(jiān)測可能用到的傳感器以及監(jiān)測方法進行研究；通過計算分析了上海外環(huán)線沉管隧道在地震激勵下的響應，提出了初步的沉管隧道結構健康監(jiān)測方案。 本文的研究方法和結論對于認識并發(fā)