矩形截面地下隧道地震作用下的拟静力分析

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地下铁道工程作为城市生命线工程的重要组成部分,其抗震问题是城市工程抗震和防震减灾研究的重要课题,但我国在这一领域的研究进度比较缓慢,至今还没有一套独立完整的地下结构抗震设计规范。以往的震害表明,遭受到地震破坏的地铁地下结构将会给地震应急和震后修复工作带来极大的困难,并且土和结构的相互作用将会改变场地土体的特性从而会对上部已建建筑和拟建建筑的动力特性带来影响。因此,对地铁地下结构抗震进行系统和深入地研究具有重要的意义。
　　本文首先用有限元软件ABAQUS建立了土和结构相互作用的拟静力分析模型,比较分析了Huo方法解析解的线弹性部分;然后又通过实例进行有限元分析,包括拟静力分析和动力分析,比较分析了Huo方法解析解的非线性弹性部分。最后通过分析影响地下结构位移的各个因素编写了计算正交化位移比的计算机程序。具体的研究工作如下：⑴采用数值模型分别模拟了三种结构方形比情况下的含有弹性矩形结构的半无限弹性介质受到远场剪切力时的作用情况。通过在远场施加剪应力进行土和结构相互作用的拟静力分析计算得到正交化位移比。将数值分析得到的结果和Huo方法解析解得到的结果进行了比较分析。两者之间的误差不超过15％,误差在可接受范围内,因此可以证明 ABAQUS中建立的模型是合理的,并具有一定的可行性。⑵用ABAQUS有限元软件模拟南京河西软土地区的地铁车站进行数值分析得到地下结构在地震作用下的相对水平位移,比较分析拟静力法、动力反应分析法和Huo方法非线性弹性部分解析解三者之间的结果,从而可知拟静力分析法得到的结果比动力反应法得到的结果更加接近于Huo方法得到的解析解结果。另外,拟静力法与动力反应法之间的误差在10%以内,由此可知拟静力法存在较大的优越性,相比与动力分析法可对不同土体地下结构在地震作用下的位移进行大量的估算,为实际工程提供参照依据。⑶由于Huo方法的解析解法没有考虑土体和结构之间的摩擦力以及埋深对矩形截面地下结构在地震作用下的影响,本文在论证上述数值模型合理性的基础上,充分发挥数值分析的优点,选取埋深、土和结构的接触面摩擦系数、相对刚度比和方形比4个参数,运用有限元软件 ABAQUS系统地进行影响正交化位移比的参数分析。在MATLAB环境下编写了计算机程序,实现了在2m~17m埋深、0.498~0.996刚度比、1~3方形比及0.4~0.8摩擦系数范围内,任意输入一组数据,就可以得到与其相应的正交化位移比的结果。

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作者
章建一;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科土木工程
授予学位硕士
导师姓名雷卫东;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类地下隧道;
关键词
地下隧道; 矩形结构; 结构荷载; 抗震设计;

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