地下結構動力變形分析及其對地表建筑地震響應的影響研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟的飛速增長，我國城市化進程日益加快，人口和物質財富逐漸向城市高度集中，開發(fā)地下空間，建立以地鐵為主體的城市地下交通系統(tǒng)作為緩解城市交通最快捷、最有效的途徑越來越引起重視。城市地下空間的飛速開發(fā)，其抗震安全性必然會成為建筑工程抗震和城市防災減災研究的重要內容。大型地下結構內部人口比較集中，空間受限，疏散緩慢，一旦遭受地震破壞，直接造成的生命和財產(chǎn)損失與地上結構相比將更為嚴重，而且地下結構的修復工作相對困難，間接經(jīng)濟損失同樣巨大。地

2、鐵交通工程大都貫穿于城市內部，其地表附近一般都已經(jīng)存在建成的建筑物，或者為了交通方便而在地鐵工程附近新建商業(yè)區(qū)、居民小區(qū)等，地下空間結構的存在將改變臨近建筑物的地基條件，并改變地震波的傳播路徑，進而影響地表建筑的地震響應。
　　本文針對上述問題，重點分析了地下結構的動力變形特性，以及地下結構的存在對地表臨近建筑結構地震響應的影響，主要研究內容如下:
　　(1)根據(jù)土-地下結構擬靜力相互作用法，分析排水和不排水條件土體中，地下

3、結構剪切變形與輸入激勵波波長的關系。研究了土-地下結構擬靜力相互作用法的計算原理和適用條件;建立有限元模型，輸入由地下結構橫截面尺寸所確定的不同頻率的正弦波作為激勵，分析在排水和不排水條件下，不同高寬比地下結構的剪切變形與激勵波波長的關系，給出了不排水條件時采用靜力代替動力荷載進行計算的適用條件;同時分析了柔度系數(shù)以及土體與地下結構的相對剛度兩因素的影響規(guī)律。
　　(2)研究了單自由度體系在含有速度脈沖的近斷層地震動作用下的響應，

4、對比分析了矩形地下結構在脈沖型近斷層地震動和無脈沖遠場地震動作用下的剪切變形。首先運用小波分析的方法將含有速度脈沖的近斷層地震動分解為高頻波和脈沖波兩部分，分別分析其對單自由度體系動力響應的影響，論述了僅用脈沖模型模擬近斷層地震動的局限性;其次，建立不同截面形狀的地下結構模型，計算不同柔度系數(shù)時，地下結構在遠場地震動和脈沖型近斷層地震動作用下的剪切變形系數(shù)，研究脈沖型近斷層地震動對地下結構地震響應的影響，以及隨柔度系數(shù)變化的規(guī)律。

5、>　　(3)分析了地表建筑結構常用的簡化模型，研究了高階振型對地表結構層間位移譜、以及對層間位移沿結構無量綱高度分布的影響;以地鐵車站為研究算例，重點分析當?shù)罔F車站埋置于不同類型場地中時，地下結構的存在對地表臨近建筑能夠產(chǎn)生影響的地表區(qū)域范圍。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范對場地類型的規(guī)定，選取軟土、中軟土和硬土三種類型的均質場地做為研究基準，以純彎曲、純剪切和彎剪組合三種類型的結構作為研究對象，給出了有、無地鐵車站時，三種場地中所選結構層間位移角的變化

6、趨勢;將地鐵車站水平寬度作為地下結構與地表建筑相對距離的衡量基準，分析地下結構的尺寸與其所能影響到的地表建筑所處位置的關系，總結地下結構的影響范圍隨場地條件變化的規(guī)律，并分析對不同類型地表結構的影響程度;研究不同場地條件下，地下結構的存在對場地設計地震動的影響。
　　(4)地鐵車站屬于大型地下空間結構，以兩層雙柱三跨式地鐵車站為例，著重從場地土體剛度、加速度峰值以及地表建筑變形類型三個方面進行分析，研究地下結構對地表臨近建筑地震響

7、應的影響。首先在有限元軟件中分別建立無車站的自由場模型和土體-地鐵車站相互作用模型，基于廣義層間位移譜分析地鐵車站的存在對地表臨近建筑結構地震響應的影響;其次，研究了地表結構自震特性和距車站水平距離兩個因素對地表結構層間位移角、及其沿結構無量綱高度分布的影響規(guī)律，同時分析了場地土體與地下結構相對剛度，以及輸入地震動峰值加速度的變化對所得結果的影響;最后，分析了不同自振周期的地表結構所受地下結構影響的變形類型。
　　(5)以成層土體