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《石家庄铁道大学》 2017年
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铁路隧道衬砌结构可靠度软件开发

张建风  
【摘要】:随着《铁路隧道极限状态法设计暂行规范》的发布,按照概率极限状态法进行铁路隧道衬砌结构设计势在必行。为了便于工作人员进行设计,应用Visual Basic 6.0独立开发了一款集前处理、求解及后处理于一体的铁路隧道衬砌结构可靠度分析软件(TRAS)。基于荷载—结构模型,采用二维梁单元模拟衬砌结构、弹簧单元模拟围岩与支护之间的相互作用,通过杆系有限元理论实现了衬砌结构内力计算,依据规范完成了衬砌结构截面检算及配筋设计功能,并兼具计算结果数据与图形输出功能;将蒙特卡罗与有限元理论相结合,通过程序编制,实现了衬砌结构内力统计特征分析,并应用JC法计算结构可靠指标,实现了衬砌结构可靠度分析功能,具有内力样本直方图、内力样本曲线及可靠指标图形等输出功能。在隧道衬砌结构可靠度分析程序实现过程中,将衬砌结构分为直线区域、弧线区域以及交接区域三部分,并给出各区域划分的方法,实现了整体式网格等长度划分技术;通过对整体弹簧删减法与局部弹簧删减法的比较,提出一种迭代速度快、计算精度高的弹簧删减算法——“加减法”,实现了弹簧自动加减功能;为了便于程序编制,在钢筋混凝土偏心受压构件裂缝宽度验算公式基础上,通过对可取得常数的两个参数ψ与ρte进行假设论证,推导出了裂缝宽度反算配筋的计算公式;对API绘图函数FillRgn进行大量测试,找到了该函数所采用的像素坐标系与自定义直角坐标系的转换关系,实现了美观的结果图输出功能。将TRAS计算结果分别与ANSYS结构内力计算与可靠度计算的结果进行对比,对TRAS的准确性进行了验证,验证结果表明,两者内力计算结果误差小于1%,且可靠度计算误差结果相对较小。最后对TRAS与ANSYS的计算效率进行了测试,结果表明,TRAS进行一次衬砌结构设计的效率至少要高出ANSYS软件5倍以上。
【学位授予单位】:石家庄铁道大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP311.52;U451.4

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