عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی رفتار قطعات پوشش بتنی تونلها با در نظر گرفتن اثر درزهای بین قطعه ای
- رشته تحصیلی
- مهندسی معدن-مکانیک سنگ
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3531;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79480;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3531;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 79480
- تاریخ دفاع
- ۲۷ دی ۱۳۹۵
- دانشجو
- آرمین راست بود
- استاد راهنما
- یعقوب قلی پور, عباس مجدی
- چکیده
- امروزه تقریباً تمامی تونلهای شهری یا تونلهائی که در زمینهای نرم حفاری میشوند، از پوشش نگهداری قطعات بتنی پیش ساخته برای سیستم نگهداری سازه حفاری شده بهره می‌گیرند. از اینرو طراحی پوشش نگهداری قطعات بتنی همواره جزو یکی از مهمترین بخشهای ساخت یک پروژه تونل زیرزمینی بوده است. شیوه های عمده طراحی قطعات بتنی لزوماً منحصر به راه حلهای تحلیلی، راه حلهای عددی و راه حلهای تجربی می‌باشد که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارد. در این رساله به بررسی بهینه سازی رفتار قطعات پوشش بتنی با درزهای بین قطعهای مستقیم و مایل با تلفیقی از اطلاعات تجربی تونلهای حفاری شده، روش عددی و شبکه عصبی پرداخته شده است. نخست برای آگاهی از ویژگیهای کلی پوشش نگهداری قطعات تونلهای مختلف از پروژه‌های تونلسازی در گرداگرد جهان، به مطالعه آنها از طریق منابع چاپ شده علمی مربوطه پرداخته شد. برخی از اطلاعات بدست آمده از این مطالعه از قبیل تعداد قطعات بتنی به عنوان مفروضات ورودی برای تحلیلهای بعدی استفاده شد. هدف این بخش از مطالعه آن بود تا مفروضات پایه منطقی و تجربی داشته باشند. نهایتاً پایگاه داده تجربی نسبتاً جامعی از تونلهای مختلف بدست آمد. در مرحله بعد و با بکارگیری برخی از اطلاعات قبلی، مطالعه عددی با نرم افزار آباکوس انجام گرفت. کل مدلهای عددی به دو دسته شاخص تقسیم بندی می‌شدند: مدلسازی پوشش نگهداری قطعات با هندسه درزهای بین قطعهای مستقیم (هم امتداد با راستای تونل) و هندسه درزهای بین قطعهای مایل نسبت به امتداد تونل. برای هر حالت عطف به منظور تولید پایگاه داده برای مطالعه مرحله بعد تحلیل پارامتری صورت گرفت. پارامترهای متغیر ورودی به عنوان متغیر مستقل شامل ضخامت قطعه بتنی، عمق تونل، نسبت فشار زمین، مدول یانگ قطعات بتنی و موقعیت قطعه کلید در حلقه پوشش نگهداری بود. توابع خروجی عمدتاً شامل مقادیر اکسترمم تنشهای تسلیم مایسز و ترسکا و جابجائیهای حلقه نگهداری بود. نهایتاً حدود پانصد حالت برای پوشش قطعهای نگهداری در این مرحله مدلسازی شد. در بخش بعدی دو پایگاه داده حاصل از روش مدلسازی عددی با استفاده از روش شبکه عصبی مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا برای هر دو حالت، ساختار شبکه عصبی شامل تعداد نرونها و نحوه آرایش آنها در لایه های مخفی برای حصول نتایج با دقت بیشتر بهینه‌سازی شد. با استفاده از شبکه عصبی تحلیل حساسیت برای داده های ورودی انجام گرفته و نقش هر متغیر ورودی در پارامترهای خروجی در مقایسه با سایر متغیرهای ورودی مورد بررسی واقع شد. برای بررسی قابلیت اعتماد به نتایج حاصل از عملکرد شبکه‌های عصبی، اندیسهای خطا محاسبه شد. پائین بودن مقادیر اندیسهای خطا موید صحت نتایج حاصل از شبکه های عصبی می‌باشد. برای هر دو حالت درزهای بین قطعهای مستقیم و مایل و در مورد تمامی پارامترهای خروجی کمترین تاثیر مربوط به موقعیت قطعه کلیدی در حلقه پوشش نگهداری قطعات می‌باشد. برعکس بیشترین تاثیر مربوط به متغیر عمق تونل می‌باشد.
- Abstract
- Nowadays, most of tunnels in urban areas or those located in soft ground conditions, utilize precast reinforced concrete segments for lining support system. Design of such segmental lining plays one of the most important roles in tunneling projects. Generally speaking, design methods are restricted to analytical, numerical or experimental solutions. These approaches involve their specific defects and benefits. In this thesis, optimization of segmental tunnel lining behavior by considering the effect of inter-segmental joints was studied. To do this, experimental data obtained from technical literature were formed a data bank for numerical modelling. Then, results obtained from the numerical modelling were used in artificial neural network. At first, a comprehensive literature review has been made. Some obtained data from this study such as number of segments were used as input data for the next analysis. The main aim of this phase of study was to establish a reasonable basis for input data used in numerical modelling. Finally, a comprehensive data bank based on experimental cases was formed. In the second phase of the study, the required numerical models of segmental rings were constructed by means of ABAQUS software. The studied models were divided into two categories: modelling of segmental lining with straight inter-segmental joints (parallel with tunnel axis); and modelling of segmental lining with inclined inter-segmental joints. For both parts of numerical modellings, parametrical studies were conducted to produce sufficient data for the next step. The input data as independent variables are: concrete segments thickness; tunnel overburden; earth pressure ratio; Young’s modulus of concrete segments and the key segment position in a segmental tunnel lining ring. The results were chosen from the extreme values of Mises and Tresca stresses and segmental ring displacements. Finally, more than four hundred numerical models were constructed and analyzed. In the last step of the study, the data obtained from the numerical modellings were analyzed using artificial neural network. For both cases, i.e. straight and inclined forms of inter-segmental joints, structure of neural network was optimized in both view of number of neurons and also their arrangements in hidden layers. Using artificial neural network, sensitivity analysis was done for the input data to determine the value of their influence on the obtained results. Error indices were calculated to assure about the better performance of applied neural network. For both cases of studies, it was concluded that the key segment position had a minor effect on the output results among the input data. On the contrary, the tunnel overburden had shown the most significant influence in this study. Key words: Segmental Tunnel Lining, Neural Network, ABAQUS, Straight Joints, Inclined Joints, Inter-segmental joints.
