حل تحليلي و عددي پوشش تونل‌ها در اثر بارهاي لرزه‌اي و بررسي عوامل تاثير گذار بر آن

Analytical and Numerical Solutions of Tunnel Lining Under Seismic Loading and Investigation of Its Affecting Parameters

سازه‌هاي زيرزميني از جمله تونل‌ها، عناصر مهمي در شبكه‌هاي حمل و نقل و سرويس هستند كه به دليل محصورشدگي در زمين و تحمل تنش‌هاي برجاي بزرگ رفتار لرزه‌اي متفاوتي با سازه‌هاي سطحي از خود نشان مي‌دهند. در اين مقاله حل‌هاي تحليلي ارايه شده براي تونل‌هاي دايروي، در مقابل بارهاي استاتيكي و لرزه‌اي نشان داده مي‌شود. سپس براي يك مقطع از تونل شهري بانكوك، نيروهاي داخلي ايجاد شده در پوشش تونل با استفاده از حل‌هاي تحليلي بدست آمده و مورد ارزيابي قرار مي‌گيرند. همان مساله به صورت عددي و با استفاده از روش تفاضل محدود و براي شتاب‌هاي افقي و قايم مختلف، نيز حل مي‌شود و با حل‌هاي تحليلي مقايسه مي‌گردد. مطابق با نتايج بدست آمده با افزايش ضريب شتاب افقي زلزله، نيروي محوري و لنگر خمشي پوشش تونل افزايش مي‌يابد. همچنين مشاهده شد كه با افزايش عمق تونل، نيروي ايجاد شده در پوشش بتني تونل، افزايش مي‌يابد اما شتاب قايم زمين تاثير كمي بر روي تنش‌ها دارد. در مورد تاثير نسبت تنش‌هاي برجا، هر چه كه اين نسبت از محدوده عدد يك دورتر شود (كمتر يا بيشتر)، تنش ايجاد شده در پوشش افزايش مي‌يابد.

Underground structures like tunnels are important elements of transportation, network, and service, which due to being surrounded by the ground and withstanding in situ stresses show different seismic behaviors in comparison with surface structures. This paper presents analytical solutions for seismic and static loads in circular tunnels and then they have been used to evaluate internal forces of lining for a section of Bangkok’s urban tunnel. The problem is solved using numerical analysis of finite difference for both horizontal and vertical acceleration coefficients and the results were compared with analytical solutions’ results. According to the results by increasing the horizontal seismic acceleration, the axial force and bending moment increases. And with increasing the depth of tunnel, the forces of lining increases but vertical acceleration of earth has small effect on stresses. For the in- situ stress coefficient, it has been seen that as the ratio is further more away from the number one, the created stress increases in the lining.