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

1 Introduction 1 wec_=EqK0  
2 Review of Literature 3 (&!RX.i  
2.1 Introduction to tunnelling methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 $e, N5/O  
2.2 Prediction of settlements - semi-empirical methods . . . . . . . . . . . . . 5 Mc9JFzp  
2.3 Prediction of settlements - analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . 11 <;lwvO  
2.3.1 Closed formsolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3]li3B'  
2.3.2 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 +:kMYL3  
2.4 Case studies of greenfield settlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 q
x1+'  
2.5 Prediction of damage to buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 @:Emmzucv|  
2.5.1 Early empirical methods and definitions . . . . . . . . . . . . . . . 23 ' +f(9/  
2.5.2 Calculation of building strains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ~$jRn(2  
2.5.3 Influence of surface structure on settlement profile . . . . . . . . . . 29 r
cAPp  
2.5.4 Numerical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 '>k1h.i  
2.5.5 Current damage assessment methodology . . . . . . . . . . . . . . . 40 :ggXVwpe  
2.6 Case studies of building damage prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 \k9]c3V  
3 Aims and Outline 43 4Ifz-t/  
3.1 Conclusions fromliterature review and research opportunities . . . . . . . 43 @gnLY  
3.2 Project aims . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 p|>m 2(|  
3.3 Project outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Y&j'2!g  
4 Building Facade Analysis - Elastic 47 Tvl"KVGm  
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2 Finite element analysis of elastic facades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 M=54xTh0Y  
4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 wlFK#iK  
4.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 FA{'Ki`  
4.2.3 Facademeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 _`lPLBr6  
4.2.4 Description of elastic finite element analyses . . . . . . . . . . . . . 53 B:VGa<lx5  
4.2.5 Output and post-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 cI'su?  
4.2.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 -_M':  
4.3 Development of equivalent elastic beammethod . . . . . . . . . . . . . . . 62 5fy{!  
4.3.1 Stage 1 - Geometry based procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 AO,^v+$  
4.3.2 Stage 2 - Methods for facades with L/H < (L/H)crit . . . . . . . . 67 VA@  
4.3.3 Comparison of predicted and finite element results . . . . . . . . . . 70 7l4}b^>/`  
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 ^"iJ  
5 Building Facade Analysis - Masonry 75 aA]wFZ  
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 b$sT`+4q  
5.2 Review of literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 SmUiH9qNd,  
5.3 Description ofmasonry finite element analyses . . . . . . . . . . . . . . . . 80 x~ID[  
5.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
:Bi 4z(  
5.3.2 Meshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 \olY)b[  
5.3.3 Masonrymaterial model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 oDWNOw  
5.3.4 Displacement and boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Y,
?kS dS  
5.3.5 Calculation procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 8Oa+,?<0x  
5.3.6 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 K{9  
5.4 Development of equivalent masonry beammodel . . . . . . . . . . . . . . . 100 Te`MIR  
5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 b!qlucAeE  
5.4.2 Conclusions frommasonry facade analyses . . . . . . . . . . . . . . 101 -^JPY)\R  
5.4.3 Development of EMB model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 PPde!}T$  
5.4.4 Development of Alternative EMB model . . . . . . . . . . . . . . . 103 <tW/9}@p9  
5.4.5 Comparison with finite element results . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Wf~PP;  
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 <B'PB"R3y  
6.2 Literature review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 |xT'+~u  
6.3 Choice of appropriate beamelement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 >-y}t9[/  
6.4 Formulation of Timoshenko beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 8Y_lQfJa  
6.4.1 Interpolation functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 TAq[g|N-;  
6.4.2 Formation of element stiffness matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 bc;?O`I<  
6.4.3 Compatibility of elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
UgD)O:xaU  
6.4.4 Constitutive models and stress updating . . . . . . . . . . . . . . . 120 wRZS+^hx  
6.5 Implementation and testing of Timoshenko beams in OXFEM . . . . . . . 122 >vXS6`;  
6.6 Finite element analyses with beamelements . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 u $B24Cy.  
6.6.1 Beams elements with imposed displacement . . . . . . . . . . . . . 128 Y?-Ef sK  
6.6.2 Beams and facades with Gaussian displacement . . . . . . . . . . . 131 `NNP}O2  
6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 U;M!jj  
7 Composition of 3D numerical model 134 39d$B'"<1  
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 53?Ati\Y)  
7.2 Mesh generation and pre-processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 5=b6B=\*~  
7.3 Simulation of tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 D~M*]&  
7.4 Soil model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 }*b\=AS=  
7.5 Solution technique and calculation process . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 8Un0<+b  
7.6 Shared memory parallel computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 :(
4q\~  
8 3D Numerical Modelling: Example Analyses 146 4O:HT m  
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 NN5
G '|i  
8.2 Symmetric analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 R+2~%|{d  
8.2.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 u>:j$@56  
8.2.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 s<oT,SPt  
8.2.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 `6BQ6)7  
8.2.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 162 EKS?3z%!  
8.2.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 170 Ec^2tx"=  
vi

8.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 MZqHL4<|  
8.3 Oblique analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 5kADvi.  
8.3.1 Description of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 U[:=7UABU?  
8.3.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 F%4N/e'L  
8.3.3 Analysis with masonry building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 :&LV^A  
8.3.4 Analysis with equivalent elastic surface beams . . . . . . . . . . . . 192 er2;1TW3E  
8.3.5 Analysis with equivalent masonry surface beams . . . . . . . . . . . 197 j,Qb'|f5  
8.3.6 Comparison ofmodels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 eR/X9<  
8.3.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 {
Z1-B60P  
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 tK `A_hC  
9 3D Numerical Modelling: Case Studies 210 cVYu(ssC4  
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 Fq`@sM$  
9.2 The Jubilee Line Extension and associated =LEzcq>XO  
research projects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 &Aym@G|k?  
9.2.1 Overview of the JLE construction project . . . . . . . . . . . . . . 211 .4[M-@4+]  
9.2.2 Overview of the JLE related research project . . . . . . . . . . . . . 213 OL^DuoB4q  
9.3 Moodkee Street case study buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 qD/h/  
9.3.1 Choice of buildings for case study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 *~w?@,}  
9.3.2 Description of buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 !3o/c w9  
9.3.3 Ground conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 %eGD1.R  
9.3.4 Settlement and damage predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 BqdGU-Q  
9.3.5 Tunnel construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 P ?96;  
9.3.6 Observed settlements during tunnelling . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Hl*#iUq  
9.4 Composition of numerical model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219  v&7x ~!O  
9.5 Numerical modelling results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228  =vDpm,  
9.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 |CK/-UG}  
9.5.2 Greenfield analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 lwo,D}  
9.5.3 Combined analyses with buildings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 )i\foSbB`V  
9.5.4 Numerical Modelling Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 rP/W,! 7:K  
10 Concluding Remarks 242 ,S~A]uH'  
A Facade meshes with windows 248 mXMU  
B Beam element stiffness matrix 251 q^~w:$^U  
B.1 Axial stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 8^R~qp
g%  
B.2 Torsional stiffness contribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 :K(+ KN(  
B.3 Derivation of bending shape functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 gEq6[G  
C Example beam properties calculation 255 ?}jjBJ&  
C.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 GkKoc v  
C.2 Worked example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

file 1/21-4/21

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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！