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随着城市建设的发展和地下空间的开发,大型水下盾构隧道正朝着超长、大断面、高水压和地质条件复杂的方向发展,这对盾构隧道的抗震研究提出了更高的要求和挑战。然而,过去人们普遍认为,地下结构受周围土体约束,较难受到地震灾害的影响,导致地下结构的抗震研究严重滞后于地上结构。盾构隧道作为地下结构的重要组成部分,其整体纵向抗震的研究相对较少,且大型盾构法隧道结构系统尚未真正经受强震作用的考验。为保障高烈度区大型盾构法隧道的安全,探索新型有效的隧道抗震、减震措施十分有必要。本文依托某大型水下盾构隧道工程,结合盾构隧道纵向抗震相关理论,建立能反映盾构隧道整体纵向受力特性的有限元模型,分析结构在地震作用下的动力响应;针对隧道沿纵向土层变换处,环缝接头张开量超过防水限值的情况,提出了一种“哑铃式”形状记忆合金(SMA)柔性减震节点,布置于盾构隧道管环薄弱位置,并开展一系列不同SMA材料形式的力学性能试验,探讨SMA柔性减震节点用于隧道的可行性。具体研究内容如下:(1)归纳、总结盾构隧道纵向抗震计算常见的分析模型和分析方法,对不同分析模型和分析方法优缺点、适用条件进行对比,并给出隧道接头弹簧参数的计算方法;通过总结地震动参数确定方法和人工合成地震波相关理论,以及ANSYS/LS-DYNA的无反射边界理论,确定可以采用时域法生成谱拟合人工地震波及得到粘性人工边界,为后续隧道纵向抗震奠定理论基础。(2)依托某大型水下盾构隧道工程,采用梁-弹簧模型理论,利用ABAQUS软件,建立盾构隧道整体纵向有限元模型;基于经典广义反应位移法及无反射边界(non-reflecting boundary)理论,利用ANSYS/LS-DYNA软件,建立隧道位置处土体三维有限元模型,分析得到土体的位移时程响应,并将该位移响应通过地层弹簧赋予盾构隧道纵向梁-弹簧模型;进而对在不同地震波作用下的盾构隧道进行整体纵向地震响应分析。(3)盾构隧道纵向地震响应分析表明,隧道沿纵向土层变换处,环缝接头张开量超过防水限值。基于此问题,本文提出了一种“哑铃式”形状记忆合金柔性盾构隧道减震节点,结合局部接头螺栓加强,对隧道结构进行减震效果分析,效果良好。为考查这种SMA柔性减震节点的工程使用可行性,本文开展了一系列不同形式的SMA力学性能试验,包括SMA丝、棒、绞线和不同形式板材,通过对比分析其主要力学性能指标,选择SMA直实心板作为工程可实施应用对象。实际SMA性能结果的减震计算也显示了较好的减震效果,从而为SMA柔性减震节点应用于隧道工程项目,提供了有效的参考和依据。