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装配式钢筋混凝土管形通道的地震响应分析

作　者: 张黎
导　师: 王建国
学　校: 合肥工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 地下结构地震反应动力相互作用有限单元法 ANSYS
分类号: TU91
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着我国经济快速发展，越来越多的城市开始修建地下工程以缓解城市交通的压力，解决地面空间日益稀少与城市高速发展之间的矛盾。地下结构由于其结构特性，一旦在强震作用下发生破坏，将会引起严重的人员伤亡和经济损失，而且灾后重建工作也较为复杂。因此对地下结构进行抗震分析越来越成为工程人员在工作中所应注意的问题。在对地下结构进行动力分析时，由于其被周围的岩土介质所包围，在受到动力荷载时会产生于地面结构不同的动力反应。因此需要充分考虑地下结构与土体间的相互作用。本文运用有限单元法计算软件ANSYS对地下结构与周围岩土介质所组成的体系进行了模拟，建立了土体-结构体系的有限元模型，并对其进行动力分析。首先，运用生死单元法对地下结构从开挖到施工完成的过程进行了模拟，通过计算得到了其从吊装完毕到施工完成时的应力状态。其次，对土体-结构体系进行了模态分析，获得了体系的振型、固有频率和自振周期等动力特性。最后，运用时程分析法，分别计算了地下结构在受到水平地震作用与水平竖直双向地震作用下的动力反应，并对其计算结果进行了对比研究。本文通过对以上结算结果进行分析与讨论，获得了一些有意义的结论，在对地下结构进行抗震分析时具有一定的参考价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
致谢  7-13
第一章绪论  13-20
  1.1 课题研究背景  13
  1.2 地下结构抗震研究现状及发展趋势  13-18
    1.2.1 地下结构的地震反应特点  14-15
    1.2.2 地下结构抗震分析方法的发展  15
    1.2.3 地下结构抗震研究方法  15-16
    1.2.4 现有的地下结构抗震分析方法  16-18
    1.2.5 我国在地下结构抗震分析中存在的问题  18
  1.3 论文的主要工作  18-20
第二章装配式钢筋混凝土管形通道数值模拟研究  20-32
  2.1 土体‐结构体系动力分析理论基础  20-21
    2.1.1 土体‐结构动力相互作用的研究对象  20-21
    2.1.2 土体‐结构动力相互作用的研究方法  21
  2.2 岩土材料的弹塑性本构关系  21-24
    2.2.1 几种常用的屈服准则  21-23
    2.2.2 硬化法则  23
    2.2.3 流动法则  23-24
    2.2.4 加载、卸载准则  24
    2.2.5 弹塑性应力应变关系  24
  2.3 混凝土的本构关系  24-25
  2.4 面‐面三维接触问题  25-26
    2.4.1 接触条件  25-26
    2.4.2 弹性接触系统的平衡方程  26
  2.5 有限单元法简介  26-28
    2.5.1 有限单元法发展概况  26-27
    2.5.2 有限单元法的计算理论和计算方法  27-28
  2.6 有限元模型所使用的单元  28-32
    2.6.1 SOLID45 单元  28-29
    2.6.2 SOLID65 单元  29
    2.6.3 CONTA174 和 TARGE170 单元  29-32
第三章装配式钢筋混凝土管形通道的有限元模型  32-42
  3.1 装配式钢筋混凝土管形通道简介  32-33
    3.1.1 结构形式  32
    3.1.2 施工技术流程  32-33
    3.1.3 结构特点  33
  3.2 有限元分析  33-38
    3.2.1 有限元模型的基本假定  33-34
    3.2.2 土体的屈服准则  34-35
    3.2.3 混凝土的强度准则  35
    3.2.4 对装配式管片之间接触问题的模拟  35-36
    3.2.5 边界条件的处理  36-38
  3.3 建立有限元模型  38-42
    3.3.1 有限元模型参数  38-39
    3.3.2 确定计算区域  39
    3.3.3 建立有限元模型  39-42
第四章装配式钢筋混凝土管形通道地震作用的有限元分析  42-67
  4.1 计算内容和方法  42-46
    4.1.1 静力分析  42-43
    4.1.2 模态分析  43-44
    4.1.3 瞬态分析  44-46
  4.2 静力分析  46-47
  4.3 模态分析  47-48
  4.4 土体‐管道体系的抗震分析  48-67
    4.4.1 反应谱法  48-49
    4.4.2 时程分析法  49-50
    4.4.3 地震波的选择与调整  50-52
      4.4.3.1 地震波的选择  50-51
      4.4.3.2 地震波的调整  51-52
    4.4.4 施加地震波加速度时间历程  52-53
    4.4.5 体系动力响应时程曲线分析  53-56
    4.4.6 最大动力响应分析  56-59
    4.4.7 动力反应的动态等值线分析  59-60
    4.4.8 多向地震动力响应分析  60-67
      4.4.8.1 竖向地震波的选择与调整  61-63
      4.4.8.2 体系动力响应时程曲线分析  63-65
      4.4.8.3 动力反应的动态等值线分析  65-67
第五章结论与讨论  67-69
  5.1 结论  67
  5.2 讨论  67-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间发表论文  72-73

装配式钢筋混凝土管形通道的地震响应分析

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