發(fā)布時間：2020-08-26 20:43

【摘要】：城市軌道交通已成為世界各大城市公共交通的重要方式。通常認為地下結(jié)構(gòu)的抗震性能要優(yōu)于地面結(jié)構(gòu),但在1995年的日本阪神地震中,神戶地鐵車站破壞嚴重,我國2008年汶川地震中也有隧道破壞的事例發(fā)生,因此地下結(jié)構(gòu)的抗震特性研究具有十分重要的意義。本文利用Abaqus二次開發(fā)Umat接口,編寫等效線性黏彈性本構(gòu),在有限元軟件中實現(xiàn)了等效線性分析;基于等效線性分析方法,考慮了柔度比、結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)埋深、結(jié)構(gòu)形式、土體特性、地震動特性等因素的影響,對地震作用下地下結(jié)構(gòu)在土體中的相互作用規(guī)律進行了系統(tǒng)性地探究;基于土與結(jié)構(gòu)的相互作用規(guī)律,分析了傳統(tǒng)反應位移法的誤差來源,探索了結(jié)構(gòu)的存在對于土體的影響范圍,分析了誤差結(jié)果,總結(jié)了柔度比對反應位移法計算中的影響規(guī)律,給出了傳統(tǒng)反應位移法的適用剛度范圍,提出了考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的地下結(jié)構(gòu)反應位移法,并對地鐵車站工程實例進行計算分析,驗證方法的有效性;最后,考慮地層和埋深因素的影響,利用推覆分析對不同形式的地下車站結(jié)構(gòu)的破壞模式進行探究,對目前規(guī)范中采用的抗震設計指標進行了分析,給出設計過程中合理化的建議。本文主要取得的成果如下:(1)探索總結(jié)地震作用下土-結(jié)構(gòu)相互作用響應規(guī)律。文中給出地震作用下地下結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動系數(shù)α的定義方法,考慮不同因素的影響,探究土-結(jié)構(gòu)相互作用規(guī)律,結(jié)果表明:在地震作用下,土與結(jié)構(gòu)的剛度差異對其響應規(guī)律影響顯著;柔度比F作為土與結(jié)構(gòu)相對剛度的指標,可以合理地反映土與結(jié)構(gòu)之間的剛度差異規(guī)律,柔度比偏離1越遠,結(jié)構(gòu)的變形和轉(zhuǎn)動效應越明顯;柔度比、泊松比、埋深是影響相互作用系數(shù)曲線和轉(zhuǎn)動系數(shù)曲線的三個主要因素,其余因素的影響作用幾乎可以忽略。(2)提出了考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的地下結(jié)構(gòu)反應位移法。文中對反應位移法的誤差來源和誤差結(jié)果進行分析,給出了新的抗震設計方法,結(jié)果表明:不同柔度比的結(jié)構(gòu)影響范圍不同,大約在距離結(jié)構(gòu)側(cè)邊3倍結(jié)構(gòu)寬度時,土體變形不再受結(jié)構(gòu)的影響;柔度比越遠離1,傳統(tǒng)反應位移法的誤差越大,傳統(tǒng)反應位移法的適用范圍大致在柔度比為0.5～2之間;文中給出的考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用的地下結(jié)構(gòu)反應位移法計算方法簡便,計算準確性提升明顯,可以作為地下結(jié)構(gòu)抗震設計的參考方法。(3)得出不同結(jié)構(gòu)形式地下車站的破壞模式,給出抗震設計指標的合理性建議。結(jié)果表明:不同的結(jié)構(gòu)在不同埋深、不同地層條件下,其破壞模式大體上相似,塑性鉸均先出現(xiàn)在中板上,隨著側(cè)墻底部的屈服,側(cè)墻頂部、中柱底部和頂部也進入塑性區(qū),結(jié)構(gòu)趨于破壞;埋深越大,結(jié)構(gòu)彈性層間位移角和塑性層間位移角越小;地層條件越好,結(jié)構(gòu)彈性層間位移角和塑性層間位移角越小;層間位移角限值用于判定地下結(jié)構(gòu)彈性極限狀態(tài)可能并不適用,對于塑性極限狀態(tài)的判定可以認為基本適用,供實際工程設計參考。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU93;U231
【圖文】：

在圓頻率《的簡諧荷載作用之下，應力應變關(guān)系曲線為楠圓形，如圖２－１所示。逡逑文中Ｋｅｌｖｉｎ模型黏壺元件的粘性系數(shù)取值是依據(jù)阻尼比的概念來進行取值，逡逑阻尼比是指阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比，據(jù)此可以得出Ｋｅｌｖｉｎ模型的粘性系數(shù)逡逑為；７ｅ＝２ＧＤ／？，式中，Ｇ為剪切模量，０為阻尼比，《為模型圓頻率，通過模型逡逑的應力應變關(guān)系來反映粘彈性模型的滯回特性和能量損失。逡逑２．１．１邐土體的最大剪切模量逡逑通常情況下，可以利用室內(nèi)試驗得出的經(jīng)驗公式來確定土體的最大剪切模量，逡逑或者利用波動理論，在現(xiàn)場進行剪切波速測試，來得到土體最大剪切模量Ｉ。逡逑Ｓｅｅｄ和１（１１＾３［６２］在上世紀７０年代通過大量實驗確定了沙土的最大剪切模量的逡逑經(jīng)驗計算公式，如式２－２所示，經(jīng)驗公式法也主要是基于此發(fā)展而來。逡逑１＝２１．７尺咖戶》０）０．５邐（２－２）逡逑式中，為標準大氣壓＆與相對密度有關(guān)，NB為平均主應力。逡逑例如，考慮了土體的孔隙比和固結(jié)度，Ｈａｒｄｉｎ［６３４！出了如２－３所示的經(jīng)驗公式，逡逑

等效線性方法需要通過手動輸出各個土層的最剪應變對應的剪切模量比Ｇ／邐和阻尼比Ｄ新，重新進行計算。不斷重復以上步驟，實現(xiàn)－３所示。逡逑析方法驗證逡逑線性方法的有效性和實用性，本節(jié)基于北京據(jù)地質(zhì)勘查報告，選取土層實際物理參數(shù)，采模型，應用編制的材料子程序進行一維場地與ＳＨＡＫＥ９１的計算結(jié)果進行對比，以此驗證。逡逑建立逡逑

本文所采用的等效線性方法需要通過手動輸出各個土層的最大剪應變，用插值方法求得等效剪應變對應的剪切模量比Ｇ／邐和阻尼比Ｄ，然后將外部文件中的數(shù)據(jù)進行更新，重新進行計算。不斷重復以上步驟，實現(xiàn)等效線性分析體求解過程如圖２－３所示。逡逑．３等效線性分析方法驗證逡逑為了驗證該等效線性方法的有效性和實用性，本節(jié)基于北京市地鐵新機場橋站實際工程，根據(jù)地質(zhì)勘查報告，選取土層實際物理參數(shù)，采用ＡＢＡＱＵＳ二維自由場地分析模型，應用編制的材料子程序進行一維場地地震反應的元分析，將計算結(jié)果與ＳＨＡＫＥ９１的計算結(jié)果進行對比，以此驗證用有限元進效線性分析的可行性。逡逑．３．１數(shù)值模型建立逡逑

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本文編號：2805672