论文失谐周期盾构隧道结构弯曲波动局部化是适合不知如何写盾构方面的相关专业大学硕士和本科毕业论文以及关于盾构机一台多少钱论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料下载。
摘 要： 针对随机失谐周期接头盾构隧道结构的波动局部化特性进行了研究.将盾构隧道模拟为弹性地基上通过环间接头连接的周期管梁模型,基于弹性地基上均匀管梁的横向波动微分方程及接头的平衡方程,推导了结构中各胞元的动态刚度矩阵,进而利用传递矩阵法建立了相邻胞元间的传递矩阵.将随机失谐参数引入到周期结构中,根据Wolf算法,采用局部化因子计算了不同控制参数对弯曲波动局部化特性的影响.通过对失谐周期隧道的一系列算例分析表明,弹性地基上的均匀隧道存在一个临界频率,当波动频率小于该临界频率时,弯曲波的传播始终是衰减的.同时,弹性地基作用使得周期隧道弯曲振动波的禁带频率有所提高.失谐周期隧道将出现波动局部化现象.随着失谐程度的增加,结构的波动局部化程度增强.对于同一失谐程度,波动局部化现象在高频段更为显著.进一步,采用有限元方法验证了所提出周期盾构隧道模型的正确性.关键词： 周期接头隧道； 随机失谐； 波动局部化； 局部化因子
中图分类号： O326文献标志码： A文章编号： 10044523（2015）02026207
DOI：10.16385/j.cnki.issn.10044523.2015.02.012
引言
随着人口的激增及土地资源的紧缺,盾构隧道在城市轨道交通中得到了广泛采用.为了加快施工进度,盾构隧道通常采用相同的管片环以相同的方式拼装而成,因此可将盾构隧道视为弹性地基上的周期接头管路结构,即将周期结构原理引入到盾构隧道分析中,有望实现对盾构隧道的振动控制.谐调周期结构具有频率通带和禁带等特殊的力学特性,即当波动频率在结构的频率通带区域内时,波动会无限制地传遍整个结构,其幅值和能量不会发生衰减；而当波动频率处于结构的频率禁带内时,波动幅值和能量将发生衰减[1].然而,在实际工程中,由于材料、几何缺陷以及制造误差等,实际结构总是不可避免地同谐调周期结构存在一定的偏差,称之为失谐[2].失谐会显著地影响周期结构的动力特性,导致结构的波动即使处于通频带内也无法传遍整个结构,这种现象称之为波动局部化现象[3,4].局部化破坏了周期结构模态的规则性,在外激励下,可能会使结构某些部位的响应幅值过大,产生能量积聚,甚至导致结构发生疲劳破坏[2].
近年来,对工程结构中波动局部化现象的研究已成为大量理论研究的焦点.Kissel[5]采用传播波方法研究了失谐度对一维周期工程结构中波传播及局部化的影响；Li 和 Benaroya[6]基于传递矩阵法探讨了多耦合多维失谐周期结构中的波动局部化问题；Bouzit和Pierre[3,4]针对弹性支撑周期多跨梁研发了统计摄动程序以计算局部化因子,并系统地分析了长度失谐对振动能量的局部化以及能量转移现象的影响.Li 和 Wang[7]将Wolf[8]理论的思想应用到周期结构中,给出了局部化因子的表达式,研究了失谐周期压电复合结构的波动局部化现象；同时,他们利用此方法研究了弹性地基上多耦合失谐多跨梁的局部化问题,指出了多跨周期梁结构中存在失谐时,局部化因子随无量纲波数的变化规律以及频率通带和禁带的变化情况[9].但是,到目前为止,关于弹性地基上谐调周期接头管路结构中波传播问题的研究尚未得到开展,更未见其失谐工况的研究成果,因此,有必要展开研究.
盾构隧道结构的波传播特性和地震或移动荷载等作用下结构的动力响应息息相关,因此全面分析周期盾构隧道结构的振动局部化特性至关重要.为了建立周期盾构隧道结构的波传播分析模型,本文基于盾构隧道的纵向梁弹簧模型[10],将其简化为弹性地基上的周期接头管梁结构,同时考虑到计算量和计算时间,各个胞元中的管片环模拟为纵向等效刚度梁[10].由弹性地基上均匀管梁的横向波动微分方程及接头的平衡方程,推导了结构中各胞元的动态刚度矩阵,进而利用传递矩阵法建立了相邻胞元间的传递矩阵,并将随机失谐参数引入到结构中,结合Wolf算法,采用局部化因子计算了结构参数对波动局部化特性的影响.最后,采用有限元模型对所提出的周期盾构隧道模型的正确性进行了验证.
4结论
本文结合传递矩阵法,推导了弹性地基上周期接头隧道的理论分析模型,利用局部化因子研究了随机失谐周期接头盾构隧道结构的波动局部化特性.同时,采用有限元模型验证了所提出周期盾构隧道模型的正确性.主要结论如下：弹性地基上的均匀隧道存在一个临界频率.当波动频率小于该临界频率时,弯曲波的传播始终是衰减的.同时,弹性地基作用使得周期隧道弯曲振动波的禁带频率有所升高.失谐周期隧道将出现波动局部化现象.随着失谐程度的增加,结构的波动局部化程度逐渐增强.对于同一失谐度,波动局部化现象在高频段更为显著.因此,可以利用局部化因子分析周期隧道的波传播特性,为隧道结构的动力分析和振动控制提供新的技术思路.今后研究拟进一步考虑隧道周围土的黏性阻尼影响,以便更好地模拟隧道和周围土体之间的动力相互作用.
参考文献：
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[2]王晶,于桂兰. 带阻尼失谐周期多跨连续梁的振动局部化问题 [J]. 北京交通大学学报,2009, 33（4）： 144—148.
Wang Jing, Yu Guilan. Vibration localization in disordered periodic multispan beams with damping [J]. Journal of Beijing Jiaotong University, 2009, 33（4）： 144—148.
[3]Bouzit D, Pierre C. Vibration confinement phenomena in disordered, monocoupled, multispan beams[J]. Journal of Vibration and Acoustics A E, 1992, 114： 521—530.
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参考文献：
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