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新型铁路隧道门受力特征研究

程刚  
【摘要】: 我国传统铁路隧道洞门根据地形特点分为基本型、变化型、和特殊型三大类十六种形式,但始终脱离不了端墙、柱式的形式。随着铁路建设力度的加大,这些老式的洞门已不适应现代工程对环保、景观及可持续发展的需要,改革其落后的状况要求发展适应新形势的新型洞门。公路隧道洞门近年来随着高等级公路的建设有了较大的突破和创新,如削竹式、墨镜式洞门等。其设计将建筑学、园林学和美学的一些理论、原则和观点用到洞门设计之中,收到了美的效应,给人以美的享受。研究新型铁路隧道门型式及其特点是有意义的,除了要追求它的美学效果、体现环境保护等功能外,仍应保证其基本使用功能—即力学的稳定性。多年来,隧道洞门结构受力特征只是定性地被认为结构处于复杂的三维状态,隧道洞门设计只是经验性地采取照搬标准图的模式。而作为新型洞门型式没有标准图可以参照,研究新型隧道门结构的受力特征对于新型洞门的设计施工是相当必要的。 本论文首先从景观和环保意义出发提出了要研究的三种新型洞门型式:正削竹式、倒削竹式洞门和弧形挡墙洞门。通过室内相似材料模型试验研究,模型试验围岩参数以Ⅴ级为主,分别从单线和双线出发,详细阐述了三种新型洞门型式在正交和斜交情况下,在不同地形坡度和自重应力场作用下围岩压力和洞门结构应力及结构内力分布特征。其主要特征为: (1) 洞门段衬砌结构受力特征与壳体结构受力特征相符。 (2) 洞门段围岩压力及衬砌结构受力随仰坡坡度增大而增大。 (3) 弧形挡墙与正洞交接处区域出现了应力集中。 (4) 洞门段结构受力分布特征表明洞口段空间效应长度是一定的。 论文最后通过有限元计算印证模型试验结果的可靠性,可为新型铁路隧道门的标准设计提供参考依据。


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