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地铁地下结构地震响应分析

作　者: 姚军
导　师: 王国才
学　校: 浙江工业大学
专　业: 岩土工程
关键词: 地铁车站 地铁区间隧道 动接触 粘弹性动力人工边界 地震响应
分类号: TU93
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 214次
引　用: 2次
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内容摘要


近几年来随着城市人口的迅速增长,城市交通拥挤问题越来越严重,地铁是解决城市交通问题的重要途径之一。然而,大量的震害表明:地铁等地下结构并非如人们想象的那么安全可靠,也会在地震等动荷载下遭受破坏和坍塌。因此,研究土-地下结构的动接触问题、粘弹性动力人工边界与基线漂移及其在有限元中的实现,并结合具体的大开地铁车站和杭州软土地区地铁区间隧道进行地下结构地震数值模拟,分析地下结构的地震响应,对地铁等地下结构的抗震设计具有重要的意义。在前人研究工作的基础上,本文采用三维有限元ADINA软件对大开地铁车站和杭州地铁1号线某区间隧道进行地震反应分析,其主要研究内容如下:(1)随着有限元法及计算机技术的发展,对接触的全过程进行计算机数值模拟已经能够实现,这为分析土-结构的动力非线性相互作用问题供了有力的工具,本文介绍了动接触数值计算方法的基本理论和应用情况;(2)目前,粘弹性动力人工边界是应用较广泛的一种局部人工边界,它可以吸收射向人工边界的波动能量和反射波的散射,从而达到到消除能量反射的目的。由于粘弹性动力人工边界在有限元软件中易于实现,本文研究了如何在ADINA软件中实现粘弹性动力人工边界的地震波输入,并验证其可靠性,但此时需要输入地震波的位移和速度时程;(3)加速度记录中通常有一些长周期分量的存在,积分后会导致速度和位移时程产生严重的漂移现象。因此,在论文第二章中还研究了漂移的原理以及实现基线漂移的校正方法;(4)考虑土与结构间的接触作用建立了大开地铁车站有限元模型,研究地震作用下土-结构间相互作用机理、荷载传递机理以及结构本身的破坏机理;合理地解释了大开地铁车站的主要震害现象。同时,通过该算例也验证了本文建立的土-地下结构非线性动力相互作用分析模型和计算方法的可靠性;(5)进一步分析了杭州地铁区间隧道的地震反应规律,总结了地铁地下结构的地震反应特性,给出了隧道地震反应的计算结果以及衬砌变形受力的变化规律,给软土地区地铁隧道的抗震设计提供了有一定价值的参考依据。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 论文选题的背景和意义  9-10
  1.2 地下结构地震反应特点  10-11
  1.3 地下结构抗震设计的研究现状  11-18
    1.3.1 引言  11
    1.3.2 原型观测  11-12
    1.3.3 模型试验  12-14
    1.3.4 理论分析  14-18
  1.4 发展趋势  18
  1.5 本文主要研究内容  18-19
第二章 地下结构动力响应理论基础  19-37
  2.1 动接触问题的数值计算方法  19-21
    2.1.1 引言  19
    2.1.2 动接触问题的各种数值算法  19-21
  2.2 动力人工边界  21-28
    2.2.1 粘性动力人工边界  22-23
    2.2.2 粘弹性动力人工边界  23-28
  2.3 粘弹性动力人工边界中的波动输入  28-31
    2.3.1 地震作用下的人工边界运动方程  28-29
    2.3.2 等效地震的计算  29-30
    2.3.3 地震波输入方法验证  30-31
  2.4 地震波的数据处理  31-35
    2.4.1 地震波的选取  31-32
    2.4.2 地震积分时程的均值基线漂移现象  32-33
    2.4.3 时域校正研究及其应用  33-35
  2.5 本章小结  35-37
第三章 1995 年大开地铁车站地震反应分析  37-63
  3.1 引言  37-38
  3.2 阪神地震简介  38-40
  3.3 大开地铁车站的破坏情况  40-46
    3.3.1 神户市地铁系统的破坏  40
    3.3.2 大开车站三个断面  40-43
    3.3.3 地质地理条件  43
    3.3.4 强地震运动记录  43-45
    3.3.5 大开车站的修复  45-46
  3.4 数值分析  46-62
    3.4.1 土体本构模型  47-50
    3.4.2 地铁车站破坏评估  50-54
    3.4.3 结构性质对比  54-58
    3.4.4 土-结构接触面反应评估  58-62
  3.5 本章小结  62-63
第四章 杭州地铁隧道地震反应分析  63-75
  4.1 工程概况  63-67
    4.1.1 自然地理位置及气候条件  63-64
    4.1.2 地基土的构成与特征  64-65
    4.1.3 工程地质条件  65-66
    4.1.4 区域构造  66
    4.1.5 场地地震效应  66-67
  4.2 模型建立  67-69
    4.2.1 计算假定  67
    4.2.2 建模过程  67-69
  4.3 计算结果分析  69-73
    4.3.1 静力分析  69-70
    4.3.2 动力分析  70-73
  4.4 本章小结  73-75
第五章 结论与展望  75-78
  5.1 主要结论  75-76
  5.2 存在的不足与展望  76-78
参考文献  78-83
致谢  83

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 地下建筑 > 地下建筑结构
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