Nghiên cứu ứng xử của kết cấu chống trong đường hầm tiết diện hình chữ nhật cong chịu tải trọng động đất

• Tác giả: Pham Van Vi
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Do Ngoc Anh
• Trường học: Trường Đại học Mỏ - Địa chất
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình ngầm
• Đề tài: Nghiên cứu ứng xử của kết cấu chống trong đường hầm tiết diện hình chữ nhật cong chịu tải trọng động đất
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: LITERATURE REVIEW ON THE BEHAVIOUR OF UNDERGROUND STRUCTURES UNDER SEISMIC LOADING
• 1.1. Seismic response mechanisms
• 1.2. Sub-rectangular tunnels
• 2. CHƯƠNG 2: NUMERICAL STUDY ON THE BEHAVIOR OF SUB- RECTANGULAR TUNNEL UNDER SEISMIC LOADING
• 2.1. Numerical simulation of the circular tunnel under seismic loading
• 2.2. Reference case study- Shanghai metro tunnel
• 2.3. Numerical model for the circular tunnel
• 2.4. Comparison of the numerical and analytical model for the circular tunnel case study
• 2.5. Validation of circular tunnel under seismic loading
• 2.6. Effect of the peak horizontal seismic acceleration (aH)
• 2.7. Effect of the soil Young’s modulus, Es
• 2.8. Effect of the lining thickness, t
• 2.9. Numerical simulation of the sub-rectangular tunnel under seismic loading
• 2.10. Parametric study of sub-rectangular tunnels in quasi-static conditions
• 2.11. Effect of the peak horizontal seismic acceleration (aH)
• 2.12. Effect of the soil’s Young’s modulus (Es)
• 2.13. Effect of the lining thickness (t)
• 3. CHƯƠNG 3: A NEW QUASI-STATIC LOADING SCHEME FOR THE HYPERSTATIC REACTION METHOD - CASE OF SUB-RECTANGULAR TUNNELS UNDER SEISMIC CONDITION
• 3.1. Fundamental of HRM method applied to sub-rectangular tunnel under static loading
• 3.2. HRM method applied to sub-rectangular tunnel under seismic conditions
• 3.3. FDM numerical model
• 3.4. Numerical procedure in HRM method
• 3.5. Validation of the HRM method
• GENERAL CONCLUSIONS AND PERSPECTIVES
• PUBLISHED AND SUBMITTED MANUSCRIPTS

I. Nghiên cứu ứng xử kết cấu chống trong đường hầm chữ nhật cong

Luận án tập trung vào nghiên cứu ứng xử kết cấu chống trong đường hầm chữ nhật cong dưới tác động của tải trọng động đất. Phương pháp phân tích kết cấu được sử dụng là mô hình hóa kết cấu và tính toán kết cấu bằng phương pháp sai phân hữu hạn (FDM). Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong ứng xử của kết cấu chống giữa đường hầm hình tròn và đường hầm chữ nhật cong. Điều này đặt ra yêu cầu cần có phương pháp tính toán riêng cho loại đường hầm này.

1.1. Phương pháp nghiên cứu và mô hình hóa

Luận án sử dụng mô hình số 2D để mô phỏng ứng xử của đường hầm chữ nhật cong dưới tải trọng động đất. Phương pháp FDM được áp dụng để phân tích các lực nội tại trong kết cấu chống. Kết quả mô phỏng được so sánh với các phương pháp giải tích truyền thống, cho thấy độ chính xác cao của mô hình. Điều này khẳng định tính khả thi của việc sử dụng kỹ thuật xây dựng hiện đại trong công trình ngầm.

1.2. Ứng xử kết cấu dưới tải trọng động đất

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng đường hầm chữ nhật cong có ứng xử phức tạp hơn so với đường hầm hình tròn dưới tải trọng động đất. Các lực nội tại như mô men uốn và lực dọc trục phân bố không đều, đặc biệt tại các góc cong của đường hầm. Điều này đòi hỏi phân tích kết cấu chi tiết để đảm bảo an toàn công trình.

II. Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố địa chất và kết cấu

Luận án tiến hành phân tích kết cấu dưới ảnh hưởng của các yếu tố như địa chất công trình, độ dày kết cấu chống và gia tốc ngang cực đại. Kết quả cho thấy địa chất công trình có ảnh hưởng lớn đến ứng xử của đường hầm, đặc biệt là độ cứng của đất. Độ dày kết cấu chống cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân bố lực nội tại.

2.1. Ảnh hưởng của độ cứng đất

Nghiên cứu chỉ ra rằng độ cứng đất (Es) ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử của đường hầm chữ nhật cong. Khi Es tăng, các lực nội tại trong kết cấu chống giảm, đặc biệt là mô men uốn. Điều này cho thấy địa chất công trình cần được xem xét kỹ lưỡng trong thiết kế đường hầm.

2.2. Ảnh hưởng của độ dày kết cấu chống

Độ dày kết cấu chống (t) có tác động trực tiếp đến phân bố lực nội tại. Khi t tăng, mô men uốn và lực dọc trục giảm, giúp cải thiện an toàn công trình. Tuy nhiên, việc tăng độ dày cũng làm tăng chi phí xây dựng, đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng.

III. Phát triển sơ đồ tải trọng tĩnh tương đương

Luận án đề xuất một sơ đồ tải trọng tĩnh tương đương mới áp dụng trong phương pháp lực kháng đàn hồi (HRM) cho đường hầm chữ nhật cong. Sơ đồ này được phát triển dựa trên nguyên lý tải trọng tĩnh tương đương và được kiểm chứng bằng phương pháp FDM. Kết quả cho thấy sơ đồ mới có độ tin cậy cao, phù hợp với các điều kiện địa chất và kết cấu khác nhau.

3.1. Nguyên lý và phương pháp phát triển

Sơ đồ tải trọng tĩnh tương đương được phát triển dựa trên nguyên lý HRM, kết hợp với phân tích kết cấu bằng FDM. Phương pháp này cho phép tính toán nhanh chóng và chính xác các lực nội tại trong kết cấu chống, đặc biệt phù hợp với đường hầm chữ nhật cong.

3.2. Kiểm chứng và ứng dụng thực tế

Sơ đồ tải trọng mới được kiểm chứng bằng cách so sánh với kết quả từ FDM trong các điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy sơ đồ này có độ chính xác cao, giúp tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo an toàn công trình trong các dự án công trình ngầm.