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

1 Introduction 1 BDR.AZ  
2 Review of Literature 3 ie2WL\tR4  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 R'C2o]  
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 wM2*#  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 0a}u;gt,4w  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 RLLTw ?]$  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 T`5bZu^c  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 kzt(i Y_6  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 @JyK|.b
#0  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23 UE$UR#T'w  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Q$="_y2cTA  
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 kic/*v\6@  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 S/4^ d &Gr  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40 g7OqX \  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 yuat" Pg  
3 Aims and Outline 43 k3)dEH1z  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43 Yy)tmq  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 /f|X(docI  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 DV<` K$ET  
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 @wE5S6! B\  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 h-Fn?  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Qj.l:9%  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Z|5?7v;h5  
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 DGAX3N;r6{  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 [^U#Qj)hL  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 eS<lwA_  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 :9$F'd\  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 fO0XA"=  
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 /+\uqF8F  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 ev#;t@^
 
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 ^(|vsFz
n  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 1e&QSzL  
5 Building Facade Analysis - Masonry 75 rzh#CnL3  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 ML( Eo  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 ~~SwCXZ+b^  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Y6Lf@}2(i  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 X_$Cb<e  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5ZMR,SZhC  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 ~ ; -! n;  
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 &8]d
}-e  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 X!m9lV<  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 i1>-QDYnJ  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 a^=-Mp  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 89wU-Aggq  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 *T~Ve;3h;  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 dVsE^jsL  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 !!`!|w  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 "QWq_R  
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 69J4=5lX  
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 <j5NFJ9  
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 jSwf*u  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 o]p|-<I Q  
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 I+dbZBX  
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 w\DVzeW(  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 [&nh5|f  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 9Iz%ht  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 #_(jS+lP?k  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 t$A%*JBKm  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128 $`-4Ax4%  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 82]vkU  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 UGuxV+Nwf  
7 Composition of 3D numerical model 134 bIEhgiH  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 <~n$1aA  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 j'BMAn ?  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 7?kIVP1r  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 2c:#O%d(  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Vgyew9>E  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 tc!wLnhG  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 a(v>Q*zNP  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 .?!N^_ Ez3  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 CJXg@\\/  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 WN_pd%m  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 9
>
g,  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 ~I799Xi  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 a\:VREKj,  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 ^4`Px/&  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 3RR_fmMT)  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 `QUy;%+  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 *s>BG1$<  
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 
v!FMs<  
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 -~QHqU.  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 MiRdX#+Y  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 \a=D  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 3,Q^& 1  
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 {M?vBgR\B  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 DmBS0NyR7Y  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 -pE(_  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 "luR9l,RRE  
9.2 The Jubilee Line Extension and associated ^-a8V
'  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 %T[^D&9$,  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 W":PG68  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 WzI8_uM  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 L:k9#6  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 His*t1o8'O  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 N?m0USu*  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 !QT'L,_  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 XbZ*&  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 vYU;_R  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218  =Mb1o[  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 j$7Xs"
 
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 l?q%?v8  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 4#'("#R  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 4j!]:ra  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 f5GdZ_  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 rJo"fx  
10 Concluding Remarks 242 _zu?.I0^  
A Facade meshes with windows 248 D>!6,m2  
B Beam element stiffness matrix 251 5&f{1M6l>  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 NKmoG\*  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 ;=< ^0hxer  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 \Fe_rh  
C Example beam properties calculation 255 !P$'#5mr  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 }rdIUlVO\  
C.2 Worked example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

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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！