[市政路桥]Numerical Modelling of Building Response to Tunnelling [复制链接]

1 Introduction 1 #H1ng<QV  
2 Review of Literature 3 I];Hx'/<~  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 rBUdHd9  
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 l<l6Ey(  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 #Kp/AN5YC  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 MX.=k>  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 '5vgpm
n  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 hc4W|Ofj  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3"
OD"  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23 ND|!U#wMNV  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 B U^3Ux$  
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 QA3q9,C"  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 ]\Tcy[5  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40 Z*Qra4GBl]  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 U]h5Q.<SG  
3 Aims and Outline 43 _'lrI23I  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43 ctg[C$<q|  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Tfba3+V  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 pdQ6/vh  
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 I!;&#LT+b  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 aH1mW;,1u  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 m+J3t@$  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 b-x,`s  
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 T;u>]"S  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 +R_w- NI  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 !pNY`sw}  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 X)K3X:~L+  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 ZxR
D+`  
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 :"aCl~cy9g  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 kN)m"}gX  
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 YLfZ;W|6u  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 ~+GMn[h  
5 Building Facade Analysis - Masonry 75 %TA3o71  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 LOkNDmj  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 fEl,jA  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 7TC=$y ,  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 .CL\``
  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 #sq$i  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6jRUkI-!  
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 _=.f+1W  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 1x^(vn#=  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 TCd1JF0  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 -$]Tn#`Fb  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 N?'V,p 0=  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 [foZO&+!  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 M8,W|eTM  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 =O)dHY}  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 }"'^.FG^_  
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 P*#H]Pv  
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 v_gQCS  
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 ,ij"&XA  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 1o;+.]B  
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 45hjN6   
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 C>qKKLZ  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 :(|;J<R%_  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 d2x|PpmH  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 GCUzKf&  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 &.Jp,Xt)  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128 _:,:U[@Vz  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 &a>fZ^Y=k  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 l(T CF  
7 Composition of 3D numerical model 134 T{iv4`'  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Vc!;O9dP  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 8W]6/st?]  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 'j)xryw  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 pOCLyM9c  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Z5
uetS^  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 ueiXY|  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 kphv)a4z=  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 I]]3=?Y  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 ( *(#;|m  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 1>"K<6b+  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 WJ9=hr  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 ;-d }\f ,  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 8-?.Q"D7%  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 ^+JpI*,  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 ['MG/FKuv  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 TvE M{  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 }'mBqn  
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 >C`b4xQ  
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 D-/K'
|b  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 %r0yBK2uOp  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 6BihZ
|H04  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 _91g=pM   
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 pr8eRV!x  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 8xQ5[Ov  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 dooS
|Mq  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 zUM;Qwl  
9.2 The Jubilee Line Extension and associated Ocq.<#||H  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 >5&'_  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 _(}{=:M?  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 (Id]'w4  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 k;w1y(  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 af61!?K  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 `4RraJj>0~  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
LFCcV<~  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 c]>s(/}T  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 oyBBW?m  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218 :t6w+h  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 gc 14%  
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 -;TqdL@  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 S=>54!{`x  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 ?*
~W  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 m ?a&XZ  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 'b#`8k~>  
10 Concluding Remarks 242 a a=GW%  
A Facade meshes with windows 248 1f]04TI  
B Beam element stiffness matrix 251 uoYG@L2  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 h&+dIk\[3  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 Cg/L/0Ak  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 Ji_3*(  
C Example beam properties calculation 255 L\Uf+d:&}G  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 |hjm^{!TpW  
C.2 Worked example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

file 1/21-4/21

file 5-8/21

file9-12/21

file 13-16/21

file 17-20/21

file 21/21

楼主，隧道的数值模拟放到这里不合适吧！不过还是感谢你的资料！