【碩士】單拱四車道公路隧道結構優(yōu)化研究【2009】

內容簡介

　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：工學碩士　　學位授予單位：中南大學　　學位年度： 2009年　　隨著經濟的快速發(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。如何充分利用現有設計理論和實踐經驗，來建造經濟、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心的問題。本文以龍頭山隧道為工程背景，基于現行的公路隧道結構設計規(guī)范，結合優(yōu)化技術，對單拱四車道公路隧道結構優(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特性影響因素，采用數值模擬計算分析了不同扁平率下隧道斷面的力學響應和穩(wěn)定性，得出其變化規(guī)律?！　》治隽搜龉皩Υ罂缢淼懒W特性的影響，并基于數值分析探討了在圍巖較好情況下取消仰拱的可行性。分析了拱部襯砌結構極限承載力，結果表明：三心圓的拱形襯砌結構的臨界荷載與矢跨比及邊界條件有關，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語言實現了隧道斷面優(yōu)化選型。引入結構優(yōu)化理論中的復合形法，建立優(yōu)化數學模型，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構的受力狀態(tài)。通過分析軟基與隧道結構穩(wěn)定性的關系，提出了淺埋隧道仰拱荷載的確定方法，結合仰拱的施工工藝，建立了三鉸拱仰拱力學模型，給出了合理拱軸線的方程和內力計算公式。利用試探算法，結合現行隧道結構設計規(guī)范，在保證隧道結構安全的前提下，建立了以隧道全長全襯砌的工程造價為目標函數的隧道結構優(yōu)化模型，實現了襯砌最優(yōu)設計的目標?！　?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法，介紹其基本原理、步驟，并計算分析了以開挖面積，應力集中、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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