【碩士】單拱四車道公路隧道結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究【2009】

內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：工學(xué)碩士　　學(xué)位授予單位：中南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，公路交通量猛烈增加，單個的小斷面隧道已無法滿足公路交通的需要，解決這個問題的方法之一就是修建多車道的大斷面公路隧道，如：單拱四車道公路隧道。如何充分利用現(xiàn)有設(shè)計理論和實踐經(jīng)驗，來建造經(jīng)濟、安全、實用的單拱四車道公路隧道是廣大科技工作者和工程界人士所關(guān)心的問題。本文以龍頭山隧道為工程背景，基于現(xiàn)行的公路隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，結(jié)合優(yōu)化技術(shù)，對單拱四車道公路隧道結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行了系統(tǒng)的研究，具體工作如下：　　(1)分析了大跨隧道力學(xué)特性影響因素，采用數(shù)值模擬計算分析了不同扁平率下隧道斷面的力學(xué)響應(yīng)和穩(wěn)定性，得出其變化規(guī)律?！　》治隽搜龉皩Υ罂缢淼懒W(xué)特性的影響，并基于數(shù)值分析探討了在圍巖較好情況下取消仰拱的可行性。分析了拱部襯砌結(jié)構(gòu)極限承載力，結(jié)果表明：三心圓的拱形襯砌結(jié)構(gòu)的臨界荷載與矢跨比及邊界條件有關(guān)，拱端的約束決定著拱的最大承載能力，而矢跨比則控制著一定條件下拱的承載能力的發(fā)揮程度?！　?2)利用FORTRAN語言實現(xiàn)了隧道斷面優(yōu)化選型。引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論中的復(fù)合形法，建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，通過優(yōu)化計算得到了較為合理的斷面形狀，改善了墻腳處襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。通過分析軟基與隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)系，提出了淺埋隧道仰拱荷載的確定方法，結(jié)合仰拱的施工工藝，建立了三鉸拱仰拱力學(xué)模型，給出了合理拱軸線的方程和內(nèi)力計算公式。利用試探算法，結(jié)合現(xiàn)行隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，在保證隧道結(jié)構(gòu)安全的前提下，建立了以隧道全長全襯砌的工程造價為目標函數(shù)的隧道結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，實現(xiàn)了襯砌最優(yōu)設(shè)計的目標。　　(3)分析了隧道斷面優(yōu)化決策的目標，在多目標優(yōu)化決策時，引入了層次分析法和熵權(quán)法，介紹其基本原理、步驟，并計算分析了以開挖面積，應(yīng)力集中、洞周收斂、塑性區(qū)面積等為優(yōu)化目標的隧道斷面優(yōu)化決策過程?！　?

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