【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(rèn)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(chē)站破壞嚴(yán)重,我國(guó)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(kāi)發(fā)Umat接口,編寫(xiě)等效線性黏彈性本構(gòu),在有限元軟件中實(shí)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(dòng)特性等因素的影響,對(duì)地震作用下地下結(jié)構(gòu)在土體中的相互作用規(guī)律進(jìn)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(yīng)位移法的誤差來(lái)源,探索了結(jié)構(gòu)的存在對(duì)于土體的影響范圍,分析了誤差結(jié)果,總結(jié)了柔度比對(duì)反應(yīng)位移法計(jì)算中的影響規(guī)律,給出了傳統(tǒng)反應(yīng)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(yīng)位移法,并對(duì)地鐵車(chē)站工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算分析,驗(yàn)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(duì)不同形式的地下車(chē)站結(jié)構(gòu)的破壞模式進(jìn)行探究,對(duì)目前規(guī)范中采用的抗震設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行了分析,給出設(shè)計(jì)過(guò)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(yīng)規(guī)律。文中給出地震作用下地下結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)其響應(yīng)規(guī)律影響顯著;柔度比F作為土與結(jié)構(gòu)相對(duì)剛度的指標(biāo),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(yuǎn),結(jié)構(gòu)的變形和轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)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(dòng)系數(shù)曲線的三個(gè)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(yīng)位移法。文中對(duì)反應(yīng)位移法的誤差來(lái)源和誤差結(jié)果進(jìn)行分析,給出了新的抗震設(shè)計(jì)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(shí),土體變形不再受結(jié)構(gòu)的影響;柔度比越遠(yuǎn)離1,傳統(tǒng)反應(yīng)位移法的誤差越大,傳統(tǒng)反應(yīng)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(yīng)位移法計(jì)算方法簡(jiǎn)便,計(jì)算準(zhǔn)確性提升明顯,可以作為地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的參考方法。(3)得出不同結(jié)構(gòu)形式地下車(chē)站的破壞模式,給出抗震設(shè)計(jì)指標(biāo)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(jìn)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(duì)于塑性極限狀態(tài)的判定可以認(rèn)為基本適用,供實(shí)際工程設(shè)計(jì)參考。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TU93;U231
【圖文】：

在圓頻率《的簡(jiǎn)諧荷載作用之下，應(yīng)力應(yīng)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(lái)進(jìn)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(guò)模型逡逑的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系來(lái)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(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定土體的最大剪切模量，逡逑或者利用波動(dòng)理論，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行剪切波速測(cè)試，來(lái)得到土體最大剪切模量Ｉ。逡逑Ｓｅｅｄ和１（１１＾３［６２］在上世紀(jì)７０年代通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)確定了沙土的最大剪切模量的逡逑經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，如式２－２所示，經(jīng)驗(yàn)公式法也主要是基于此發(fā)展而來(lái)。逡逑１＝２１．７尺咖戶》０）０．５邐（２－２）逡逑式中，為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓＆與相對(duì)密度有關(guān)，NB為平均主應(yīng)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(yàn)公式，逡逑

等效線性方法需要通過(guò)手動(dòng)輸出各個(gè)土層的最剪應(yīng)變對(duì)應(yīng)的剪切模量比Ｇ／邐和阻尼比Ｄ新，重新進(jìn)行計(jì)算。不斷重復(fù)以上步驟，實(shí)現(xiàn)－３所示。逡逑析方法驗(yàn)證逡逑線性方法的有效性和實(shí)用性，本節(jié)基于北京據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，選取土層實(shí)際物理參數(shù)，采模型，應(yīng)用編制的材料子程序進(jìn)行一維場(chǎng)地與ＳＨＡＫＥ９１的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以此驗(yàn)證。逡逑建立逡逑

本文所采用的等效線性方法需要通過(guò)手動(dòng)輸出各個(gè)土層的最大剪應(yīng)變，用插值方法求得等效剪應(yīng)變對(duì)應(yīng)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(jìn)行更新，重新進(jìn)行計(jì)算。不斷重復(fù)以上步驟，實(shí)現(xiàn)等效線性分析體求解過(guò)程如圖２－３所示。逡逑．３等效線性分析方法驗(yàn)證逡逑為了驗(yàn)證該等效線性方法的有效性和實(shí)用性，本節(jié)基于北京市地鐵新機(jī)場(chǎng)橋站實(shí)際工程，根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，選取土層實(shí)際物理參數(shù)，采用ＡＢＡＱＵＳ二維自由場(chǎng)地分析模型，應(yīng)用編制的材料子程序進(jìn)行一維場(chǎng)地地震反應(yīng)的元分析，將計(jì)算結(jié)果與ＳＨＡＫＥ９１的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以此驗(yàn)證用有限元進(jìn)效線性分析的可行性。逡逑．３．１數(shù)值模型建立逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

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本文編號(hào)：2805672