CN110486051B - 一种基于约束阻尼理论的隧道减震二次衬砌结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于约束阻尼理论的隧道减震二次衬砌结构，包括围岩，围岩内侧设置有隧道初期支护混凝土层，隧道初期支护混凝土层内侧设置有约束阻尼结构，约束阻尼结构包括设置在隧道初期支护混凝土层内侧的二次衬砌混凝土一层、设置在二次衬砌混凝土一层内侧的阻尼层和设置在阻尼层内侧的二次衬砌混凝土二层。阻尼层的厚度与二次衬砌混凝土一层的厚度比为1：2～10。本发明利用约束阻尼结构中阻尼层通过形变将机械能转变为热能耗散出去，从而达到减震抗断的效果，可以有效吸收能量，避免隧道结构出现可能的震害，从而保证隧道工程在全寿命期的运营安全，本发明理论成熟，结构简单，在本技术领域内具有广泛的适用及实用性。

Description

一种基于约束阻尼理论的隧道减震二次衬砌结构
技术领域
本发明属于隧道减震结构领域，具体涉及一种基于约束阻尼理论的隧道减震二次衬砌结构。
背景技术
目前，我国隧道的总座数及里程数已排世界第一，同时我国承受的大陆地震约是全球大陆地震的三分之一，成为大陆地震最多的国家。尽管传统上认为地下工程比地面工程具有更好的抗震性能，但在最近几十年的强震中，世界各地均出现了不同类型的隧道受到不同程度破坏的现象。目前已有的隧道震害是广大学者意识到，传统的刚性抗震手段应当被摒弃，而柔性抗震理论在隧道结构震害控制中的应用已经引起人们的广泛关注。
专利CN102678135A中提到了一种约束阻尼结构的减振防护隧道以及隧道的施工方法，其主要涉及地铁隧道的减振及防护，难以满足我国大量位于强震区的山岭隧道减震的需求。区别于专利CN102678135A中提到的约束阻尼结构的减振防护隧道特征在于将阻尼层敷设在初期支护混凝土层与二次衬砌混凝土层之间，本发明涉及的隧道减震二衬结构通过分层设置二次衬砌混凝土层，将阻尼层敷设在二次衬砌混凝土层内，这样可以在保证隧道初期支护混凝土层和二次衬砌混凝土层厚度及强度的前提下调整约束阻尼结构中阻尼层与约束阻尼层的厚度比，最大的发挥出阻尼层的耗能性能，从而达到更好的减震效果，更好的适用于强震区的山岭隧道。
根据振动力学理论，结构在激励作用下产生谐振时，除结构自身变形外，阻尼是对谐振现象能够减震的唯一因素。约束阻尼理论的原理即是刚性材料提供结构强度，阻尼材料通过形变将机械能转变为热能耗散出去，以达到减震目的。因此，本发明提出了一种基于约束阻尼理论的隧道减震二衬结构以保证我国大量的隧道工程在全寿命期的运营安全。
发明内容
本发明的目的针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于约束阻尼理论的隧道减震二次衬砌结构能减震抗断避免隧道结构出现可能的震害，保证隧道工程在全寿命期的运营安全。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于约束阻尼理论的隧道减震二次衬砌结构，包括围岩，围岩内侧设置有隧道初期支护混凝土层，隧道初期支护混凝土层内侧设置有约束阻尼结构，约束阻尼结构包括设置在隧道初期支护混凝土层内侧的二次衬砌混凝土一层、设置在二次衬砌混凝土一层内侧的阻尼层和设置在阻尼层内侧的二次衬砌混凝土二层。
如上所述的阻尼层的厚度与二次衬砌混凝土一层的厚度比为1：2～10。
如上所述的阻尼层采用粘弹性阻尼材料，阻尼层的刚度模量在200～300MPa之间，阻尼层的损耗因子在0.5以上的温域范围为-10℃～50℃，阻尼层的损耗因子在0.5以上的频域范围为0～20Hz。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明利用约束阻尼结构中阻尼层通过形变将机械能转变为热能耗散出去，从而达到减震抗断的效果，可以有效吸收能量，避免隧道结构出现可能的震害，从而保证隧道工程在全寿命期的运营安全，本发明理论成熟，结构简单，在本技术领域内具有广泛的适用及实用性。
附图说明
图1为本发明的横截面示意图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为图1中B部放大图。
图中：1-二次衬砌混凝土二层；2-阻尼层；3-二次衬砌混凝土一层；4-隧道初期支护混凝土层；5-围岩。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～3所示，一种基于约束阻尼理论的隧道减震二次衬砌结构，包括围岩5，围岩5内侧设置有隧道初期支护混凝土层4，隧道初期支护混凝土层4内侧设置有约束阻尼结构，约束阻尼结构包括设置在隧道初期支护混凝土层4内侧的二次衬砌混凝土一层3、设置在二次衬砌混凝土一层3内侧的阻尼层2和设置在阻尼层2内侧的二次衬砌混凝土二层1。
阻尼层2的厚度与二次衬砌混凝土一层3的厚度比为1：2～10。
阻尼层2采用粘弹性阻尼材料，阻尼层2的刚度模量在200～300MPa之间，阻尼层2的损耗因子在0.5以上的温域范围为-10℃～50℃，阻尼层2的损耗因子在0.5以上的频域范围为0～20Hz。
本发明的工作原理如下：
约束阻尼结构包括设置在隧道初期支护混凝土层4内侧的二次衬砌混凝土一层3、设置在二次衬砌混凝土一层3内侧的阻尼层2和设置在阻尼层2内侧的二次衬砌混凝土二层1，当处于地震区的隧道受到地震动激励作用或活断层破碎带穿过隧道时隧道结构均可能发生不同的震害，而基于约束阻尼理论，可以在保证隧道初期支护混凝土层4、二次衬砌混凝土一层3和二次衬砌混凝土二层1厚度及强度的前提下调整约束阻尼结构中阻尼层2与二次衬砌混凝土一层3的厚度比，阻尼层2的厚度与二次衬砌混凝土一层3的厚度比为1：2～10，最大的发挥出阻尼层2的耗能性能，阻尼层2通过迅速变形可将地震动能量及活断层剪切变形转变为热能达到减震的目的，更好的适用于强震区的山岭隧道。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种基于约束阻尼理论的隧道减震二次衬砌结构，包括围岩(5)，其特征在于，围岩(5)内侧设置有隧道初期支护混凝土层(4)，隧道初期支护混凝土层(4)内侧设置有约束阻尼结构，约束阻尼结构包括设置在隧道初期支护混凝土层(4)内侧的二次衬砌混凝土一层(3)、设置在二次衬砌混凝土一层(3)内侧的阻尼层(2)和设置在阻尼层(2)内侧的二次衬砌混凝土二层(1)，
阻尼层(2)的厚度与二次衬砌混凝土一层(3)的厚度比为1：2～10，
阻尼层(2)采用粘弹性阻尼材料，阻尼层(2)的刚度模量在200～300MPa之间，阻尼层(2)的损耗因子在0.5以上的温域范围为-10℃～50℃，阻尼层(2)的损耗因子在0.5以上的频域范围为0～20Hz。
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