地下结构抗震设计中矩形横截面结构自由场位移修正值R的研究

发布时间：2020-06-13 19:47

【摘要】：矩形横截面地下结构在进行抗震设计时,普遍采用反应位移法和非线性动力时程分析法,这两种方法之所以得到广大设计师的认可是因为它们均能合理地反映出土和结构之间的相互作用,有效地计算相关内力值和位移值。但是,这两种方法的缺点也很突出,反应位移法参数过多、求解过程繁琐,非线性动力时程分析法耗时较长。本文的研究目的就是找到一种矩形横截面地下结构的简便抗震设计方法,不仅具备反应位移法和非线性动力时程分析法的优点,而且也能避免其缺陷,而这个设计方法最重要的参数就是自由场位移修正值R。本文针对R值进行了系统性研究,研究内容主要针对地下结构在抗震设计中最为设计师关注的几个参数和R值之间的关系,包括土体和结构的相对刚度、结构尺寸以及结构埋深,其中土体和结构的相对刚度引用了柔度比F的概念,以反映出土和结构之间的相互作用是造成结构发生变形的根本原因这一本质特征,结构尺寸采用矩形横截面高宽比λ表示,结构埋深则采用结构上覆土体深度和结构高度之比的埋深比ρ表示。本文的研究方法包括理论分析和数值模拟。理论分析一方面借鉴了以往专家学者对圆形横截面地下结构的土-结构相互作用系数的研究成果用以作对比,另一方面采用了复变函数和弹性力学的方法推导出了F20时的矩形横截面地下结构R-F关系、R-λ关系,补充了矩形横截面结构R值在理论方面的研究。数值模拟是基于FLAC~(3D)软件,对R-F关系、R-λ关系以及R-ρ关系进行了计算和分析,得到了三者关系的各自规律。对于R-F关系,其数值解在趋势上和理论解一致;在数值上,当F20时,数值解和理论解一致,当1F10时,数值解和以往专家学者的研究一致,从而验证了本文数值模拟的正确性,并进一步给出了矩形横截面地下结构R-F关系。对于R-λ关系,通过理论分析和幂函数回归的方法,将R-λ关系的理论公式修正为近似公式,该公式不仅在数值精度上能够满足要求,而且使用方便。对于R-ρ关系,通过大量的数值模拟,得出可以采用ρ=1时的R值代替所有埋深情况下的R值。本文在最后给出了矩形横截面地下结构的简便抗震设计方法,并和反应位移法、非线性动力时程分析法进行了对比,结果表明该方法不仅结果接近两种传统的设计方法,而且参数少、使用非常方便,从而实现了本文的研究目的。本文的理论分析为地下结构抗震问题的研究提供了思路,大量的数值模拟数据为科研和设计提供了参考和指导,提出的矩形横截面地下结构简便抗震设计方法对于工程和设计具有实用价值。
【图文】：

计算模型,埋深,土体刚度,压力增量

图 1-1 地震系数法的计算模型Fig.1-1 Model of seismic coefficient method适用范围：的地下结构；大的地下结构，且结构本身的重量需要纳入考虑因位移起到一定的决定作用。缺点：设，在地震作用下，结构与地表地震动相同。但地震动作用差别很大，因此不适用于埋深较大的地下，结构上覆土体的惯性力 F2全部作用于结构上。于埋深较大的地下结构。设，结构侧墙土体的主动侧压力增量Δe采用静止土力情况。段专家学者的研究[8]，，在地震作用下，土和结构之主要因素。其中，土体刚度和结构刚度是必然需要了土和结构之间的相互作用。

自由场,位移法,计算模型

数法的缺点：根据假设，在地震作用下，结构与地表地震动相同。但地震动伴随结地表地震动作用差别很大，因此不适用于埋深较大的地下结构。根据假设，结构上覆土体的惯性力 F2全部作用于结构上。此假设与实尤其对于埋深较大的地下结构。根据假设，结构侧墙土体的主动侧压力增量Δe采用静止土侧压力计算际的动力情况。根据现阶段专家学者的研究[8]，在地震作用下，土和结构之间的相互作变形的主要因素。其中，土体刚度和结构刚度是必然需要考虑的关键法忽略了土和结构之间的相互作用。场位移法地下结构抗震设计分析中，采用自由场位移法[9]时，考虑到土体变形，因此直接将结构位置处的自由场位移值加载到结构一侧的侧墙上。为两种加载的模式，一种是施加于结构顶板的水平集中力 P，另一种墙上的水平倒三角分布力 q，图 1-2 表示自由场位移法的计算模型。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU93

【参考文献】