Modelusikkerhed ved jordskælvsdesign af sænketunnel
Translated title
Model accuracy in aseismic design of immersed tunnel
Author
Lyngs, Jakob Hausgaard
Term
4. term
Education
Publication year
2008
Pages
161
Abstract
Dette afgangsprojekt undersøger, hvor pålidelige forskellige beregningsmodeller er, når man designer sænketunneler til at modstå jordskælv, med en tunnel i Thessaloniki, Grækenland som case. Vi analyserer jordens bevægelser under jordskælvsbølger og tunnelens respons ved hjælp af kendte ingeniørmetoder. I frekvensdomænet (dvs. ved at se på vibrationer fordelt på frekvenser) bruges en domænetransformation og den numeriske finite element metode. Tunnelens respons og mulige skader i koblingerne mellem tunnelelementer beregnes med en løsning på sluttet form, en Winkler-model (en bjælke på fjedre) og en fuld tredimensionel kontinuummodel, hvor jord og tunnel beskrives sammenhængende. De to sidste modeller analyseres i tidsdomænet (dvs. over tid). Winkler-modellen anvendes ofte ved jordskælvsdesign, mens kontinuummodellen anses for mere nøjagtig. De to modeller giver meget forskellige resultater, og årsagen til forskellen er undersøgt nøje. Sammenligningerne viser, at den anvendte Winkler-model ikke kan beskrive tilbagekobling fra tunnel til jord, og den er derfor ikke egnet til at designe en sænketunnel med fleksible koblinger mod jordskælv. Ved jordskælvsdesign skal mange parametre fastlægges. Med følsomhedsanalyser viser vi, hvor præcist de bør bestemmes. Lagdelingen i jorden, jordens materialedata og jordskælvets størrelse har stor indflydelse på den beregnede skade på tunnelen, mens den valgte måde at modellere koblingerne mellem tunnelelementer kun har lille betydning for den samlede skade. Endelig viser analyserne, at den mest kritiske udbredelsesretning for jordskælvsbølger er cirka 45 grader i forhold til tunnelens længdeakse.
This thesis examines how reliable different calculation models are when designing immersed tunnels to withstand earthquakes, using an immersed tunnel in Thessaloniki, Greece as a case. We analyze how the ground moves during seismic waves and how the tunnel responds using established engineering methods. In the frequency domain (looking at vibrations by their frequencies), we use a domain transformation and the numerical finite element method. The tunnel response and potential damage in the joints between tunnel elements are computed with a closed-form solution, a Winkler-type model (a beam on springs), and a full three-dimensional continuum model that represents soil and tunnel together. The last two models are analyzed in the time domain (i.e., over time). The Winkler model is often used for earthquake design, while the continuum model is considered more accurate. The two models yield very different results, and the reasons for this difference are examined in detail. Comparative analyses show that the Winkler model used cannot represent feedback from the tunnel to the soil, so it is not suitable for designing an immersed tunnel with flexible joints under seismic loading. Earthquake design requires many input parameters. Through sensitivity analyses we show how precisely these should be determined. Soil layering, soil properties, and earthquake magnitude strongly influence the predicted tunnel damage, whereas the chosen way to model the joints between tunnel elements has little effect on overall damage. Finally, the analyses indicate that the most critical propagation direction of the seismic waves is about 45 degrees relative to the tunnel’s longitudinal axis.
[This abstract was generated with the help of AI]