文档名：基于壳单元的盾构隧道参数化结构计算与验证
摘要：三维壳单元较二维梁单元能更精细地模拟管片结构受土体作用下的力学行为.为了推广三维壳单元隧道结构计算模型在大直径盾构隧道结构计算中的应用,提出基于壳单元的参数化隧道结构建模方法(Shellelement-basedParametricTunnelStructureModeling,SPTSM).SPTSM基于隧道中轴线及截面半径参数,能自动生成由壳单元所组成的隧道模型.在模型中,相邻环之间的壳单元公共边被定义成线性铰,以此模拟管片环缝间的接头刚度;管片纵缝间的接头刚度通过均质圆环法引入折减系数进行替代;壳单元节点被施加荷载压力、地层弹簧及约束支座,以模拟管片结构与围岩之间的力学行为.SPTSM提供了结构自动建模算法和壳单元节点荷载的自动计算算法,并通过调用Karamba3D有限元结构计算内核,实现盾构隧道结构的建模-计算一体化.将SPTSM应用于杭州某大直径盾构隧道工程76m区间段,对比结构变形的计算和实际检测结果,验证SPTSM的合理性.SPTSM能自动建立精细的三维壳单元盾构隧道结构模型,并同时完成荷载压力、地层弹簧、线性-铰刚度以及约束支座的布置和设定.对比点云扫描的结构位移检测结果和SPTSM计算出的结构变形结果,SPTSM输出的结构变形云图属于合理范围,结合SPTSM输出的内力云图和荷载分布云图,SPTSM可以近似反映隧道结构局部位置的变形或位移趋势.综上,SPTSM可为盾构隧道的智能化结构设计提供有力支撑.
Abstract：Ascomparedtobeamelements,3Dshellelementscanbettersimulatethemechanicalbehavioroftunnelstructuresinfluencedbysoil.Inordertopromotetheapplicationof3Dtunnelstructurecalculationmodelwithshellelementsinlarge-diametershieldtunnelingprojects,thispaperproposedashellelement-basedparametrictunnelstructuremodeling(SPTSM)approach.SPTSMallowedforthequickgenerationofatunnelstructuremodelcomposedofshellelementsbasedonthetunnelaxisandcross-sectionalradius.Inthedevelopedmodel,thecommonedgesbetweenadjacentringsweredefinedaslinearhingestosimulatecircumferentialjointperformance.Thelongitudinaljointstiffnessofshieldtunnelwasprocessedbyhomogeneousringmethodwithintroducingadiscountfactor.Theloadpressure,groundspringsandrestrainedsupportswereappliedtoselectedshellelementnodestosimulatethemechanicalbehaviorbetweenthestructureandsurroundingsoils.SPTSMalsoprovidealgorithmsforautomaticstructuralmodelingandloadcalculation,andcanintegratewiththefiniteelementstructuralcalculationkernelofKaramba3D.TovalidatetheeffectivenessofSPTSM,itisappliedtoa76mintervalsectionofalarge-diametershieldtunnelingprojectinHangzhou.Thecalculationofstructuraldeformationiscomparedtoactualinspectionresults.SPTSMisshowntoautomaticallygenerateafine-grained3Dshellelementmodelofthetunnelstructure,andsimultaneouslycompletethearrangementandsettingsofloadpressure,groundspring,linear-hingedstiffnessandrestrainedsupport.ComparingthestructuraldisplacementinspectionresultsobtainedfrompointcloudscanningandtheresultscalculatedbySPTSM,theresultsofSPTSMarewithinareasonablerange.Itcanapproximatelyreflectthedeformationordisplacementtrendsatpartofthetunnelstructure.Tosumup,SPTSMcanprovidestrongsupportforintelligentstructuraldesignofshieldtunnels.
作者：李霖皓 陈珂 陈健 丁文军 Author：LILinhao CHENKe CHENJian DINGWenjun
作者单位：华中科技大学土木与水利工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学人工智能研究院,湖北武汉430074华中科技大学土木与水利工程学院,湖北武汉430074中国科学院大学武汉岩土力学研究所,湖北武汉430071上海隧道工程有限公司,上海200032
刊名：铁道科学与工程学报
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(1)
分类号：O319.56
关键词：盾构隧道 壳单元 参数化设计 结构计算
Keywords：shieldtunnel shellelement parametricdesign structuralcomputing
机标分类号：TH311S277.9U455.43
在线出版日期：2024年2月26日
基金项目：国家自然科学基金，湖北省自然科学基金资助项目基于壳单元的盾构隧道参数化结构计算与验证[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(1)李霖皓 陈珂 陈健 丁文军三维壳单元较二维梁单元能更精细地模拟管片结构受土体作用下的力学行为.为了推广三维壳单元隧道结构计算模型在大直径盾构隧道结构计算中的应用,提出基于壳单元的参数化隧道结构建模方法(Shellelement-basedParametr...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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