不規(guī)則地鐵車站地震反應(yīng)分析與土結(jié)相互作用相關(guān)問題研究.pdf

1、目前，出于簡(jiǎn)單滿足工程設(shè)計(jì)目的的考慮以及分析手段的限制，對(duì)地鐵地下車站或區(qū)間隧道的抗震研究，大多采用切片式的典型橫斷面二維模型進(jìn)行分析。但隨著地鐵工程的發(fā)展，地鐵車站結(jié)構(gòu)的構(gòu)造及形式日趨大型化、復(fù)雜化和多樣化，空間交錯(cuò)結(jié)構(gòu)也越來越多，具有明顯的空間效應(yīng)，因此在實(shí)際分析中，不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式、空間組合以及周圍場(chǎng)地條件都是應(yīng)該考慮的因素。所以，為了更深入合理地研究這類地下結(jié)構(gòu)的的地震響應(yīng)特點(diǎn)和響應(yīng)規(guī)律，也為了更正確地預(yù)測(cè)和評(píng)估其抗震安全性，

2、有必要采用三維土-地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析模型來對(duì)結(jié)構(gòu)的彈塑性地震反應(yīng)進(jìn)行研究。為此，本文以天津站軌道換乘中心大型不規(guī)則地下地鐵車站結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，考慮土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用，對(duì)其進(jìn)行水平地震作用下的彈塑性地震反應(yīng)分析，以期從中獲得一些有意義的結(jié)論，為類似地下工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供有益的參考依據(jù)和建議。此外，本文還針對(duì)土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用有限元分析的一些相關(guān)問題進(jìn)行了專門的研究和探討。鑒于以上研究目的，本文從地下結(jié)構(gòu)抗震研究以及土-結(jié)構(gòu)動(dòng)

3、力相互作用研究?jī)煞矫嫒胧?，主要完成了以下幾方面?chuàng)新工作：
　　 (1)針對(duì)地下不規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗震性能問題開展研究。以天津站軌道換乘中心大型不規(guī)則地下地鐵車站結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，采用ANSYS軟件，基于一定的假設(shè)與合理簡(jiǎn)化，選取適當(dāng)?shù)膮?shù)，成功建立了包括土體、地下車站結(jié)構(gòu)和樁基在內(nèi)的大型整體三維有限元模型，對(duì)其進(jìn)行直接動(dòng)力分析，得到了結(jié)構(gòu)在不同超越概率水平、不同地震波作用下的水平位移、加速度、內(nèi)力反應(yīng)規(guī)律以及側(cè)向變形特征等，通過分析發(fā)現(xiàn)

4、：結(jié)構(gòu)的平面不規(guī)則性使得結(jié)構(gòu)剛度在水平方向上存在差異，在較強(qiáng)的水平地震作用下，結(jié)構(gòu)可能發(fā)生明顯的扭轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致某些轉(zhuǎn)角部位出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，產(chǎn)生塑性應(yīng)變；結(jié)構(gòu)的豎向不規(guī)則性對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響主要體現(xiàn)在其引起的土體對(duì)結(jié)構(gòu)的約束作用沿深度方向上的差異性，這種差異性可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在較強(qiáng)的水平地震作用下出現(xiàn)側(cè)向擺動(dòng)，從而增大P-△效應(yīng)，此外，這種差異性還導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在豎向截面形式發(fā)生突變的相鄰樓層中產(chǎn)生較大的層間位移反應(yīng)，并進(jìn)一步影響到各層結(jié)構(gòu)柱

5、的受力情況，使得地下三層結(jié)構(gòu)柱的內(nèi)力反應(yīng)遠(yuǎn)大于其他樓層的結(jié)構(gòu)柱。保持截面的對(duì)稱性有利于提高地下地鐵車站結(jié)構(gòu)的抗震性能。
　　 (2)針對(duì)分枝模態(tài)-二步分析法在土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用中的應(yīng)用研究日趨成熟，但對(duì)采用ANSYS進(jìn)行分枝模態(tài)-二步分析法的具體應(yīng)用還不多見的情況，進(jìn)行了分枝模態(tài)-二步分析法在ANSYS中的應(yīng)用研究，重點(diǎn)闡述了基于ANSYS的分枝模態(tài)-二步分析法的實(shí)施過程及其程序?qū)崿F(xiàn)，并結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例進(jìn)一步對(duì)相關(guān)計(jì)算流程和關(guān)

6、鍵技術(shù)進(jìn)行了具體的說明，從算例的計(jì)算結(jié)果來看，基于ANSYS軟件進(jìn)行土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分枝模態(tài)-二步分析法分析是可行的、有效的。
　　 (3)針對(duì)采用“均質(zhì)化”方法建立樁土模型進(jìn)行土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析時(shí)的關(guān)鍵問題即樁土均質(zhì)化有效力學(xué)性能的確定問題進(jìn)行了專項(xiàng)研究。采用基于FEM的數(shù)值模擬方法，借鑒復(fù)合材料均質(zhì)化理論引入樁土復(fù)合體特征體元RVE，以ANSYS軟件為工具對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn)分析，包括主軸方向的模擬壓縮試驗(yàn)和模擬剪