地震作用下地铁地下结构动力响应分析及软件二次开发

发布时间：2018-12-13 16:18

【摘要】：我国正处于高速发展地下轨道交通的黄金时期，上个世纪人们对地下结构的安全性不是很重视，认为地震发生时土体对地下结构的应变具有约束作用从而不容易破坏，具有较好的抗震能力，如今对地下结构的抗震研究并没有成熟的分析理论和方法。因此，本文对地铁地下结构在地震作用下的动力响应问题开展了相关研究，为地铁地下结构的抗震设计提供依据，总结大型复杂地下结构在地震作用下的反应规律，分析其破坏灾变机理。 本文在归纳了国内外地铁地下结构抗震研究现状的基础上，总结了地震动力响应的分析方法及其优缺点，分析了地下结构抗震设计中存在的主要问题。依托实际工程对地铁隧道、车站在地震作用下的动力响应进行了模拟分析，讨论了土体本构模型、人工边界、地震波的选取及输入、土-结相互作用等关键性参数的敏感性，确定了适合实际工程的最优模拟方案。模拟分析时选取了不同的计算工况，包括成层土体、断层、不同隧道间距和埋深、地铁车站的柱尺寸及位置、不同衬砌加固方案以及不同地震波对其抗震性能的影响。依据模拟分析的方法和理论，在MFC平台上完成了地铁隧道的地震动力响应分析计算软件的研发。最后，对结果进行分析处理，得到了一些有益的结论，并针对研究的不足拟定后续工作的展望。 本文的研究表明，，地震作用下衬砌应力峰值出现在拱腰、拱脚及拱肩部分，输入地震波的类型对地铁隧道的动力特征影响很大，而与衬砌刚度的相关性不大，输入地震波后土体表面的加速度有所放大。地震作用下地铁车站的层间位移角在允许范围内，其应力峰值发生在中柱的端部，侧壁与板、车站与隧道交接的地方也会出现应力集中的现象。
[Abstract]:China is in the golden period of rapid development of underground rail transit. In the last century, people did not attach great importance to the safety of underground structure. There is no mature theory and method for seismic analysis of underground structures. Therefore, the dynamic response of underground structures under earthquake is studied in this paper, which provides the basis for seismic design of underground structures, and summarizes the response law of large and complex underground structures under earthquake. The failure mechanism is analyzed. On the basis of summing up the present situation of seismic research of underground structures at home and abroad, this paper summarizes the analysis methods of seismic dynamic response and their advantages and disadvantages, and analyzes the main problems in seismic design of underground structures. The dynamic response of subway tunnel and station under earthquake action is simulated and analyzed based on practical engineering. The sensitivity of key parameters such as constitutive model of soil, artificial boundary, selection and input of seismic wave, soil-junction interaction and so on are discussed. The optimal simulation scheme suitable for practical engineering is determined. In the simulation analysis, different calculation conditions are selected, including layered soil, fault, different tunnel spacing and depth, column size and position of subway station, different lining reinforcement schemes and the influence of different seismic waves on its seismic performance. According to the method and theory of simulation and analysis, the software of seismic dynamic response analysis of subway tunnel is developed on the platform of MFC. Finally, the results are analyzed and processed, and some useful conclusions are obtained. The research in this paper shows that the peak value of lining stress appears in the arch waist, arch foot and arch shoulder under earthquake, and the type of input seismic wave has a great influence on the dynamic characteristics of subway tunnel, but has little correlation with the lining stiffness. The acceleration of the earth surface after the input seismic wave is enlarged. The interstory displacement angle of subway station is within the allowable range under earthquake action, and the stress peak occurs at the end of the middle column, the side wall and the plate, and the place where the station and the tunnel meet will also appear the phenomenon of stress concentration.
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU311.3;TU93

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本文编号：2376831