地裂缝场地地震及不均匀沉降双重作用下的框架结构动力响应
发布时间：2021-09-17 21:44
以西安地铁二号线沿线近f6地裂缝处框架结构为原型,基于地裂缝场地50年沉降预测情况,采用ABAQUS有限元软件建立地裂缝场地和上部结构共同作用模型,在不同年限场地沉降基础上施加El Centro波、Tangshan波及上海人工波3种地震波,研究地裂缝场地地表峰值加速度变化规律,对比分析地震及不均匀沉降双重作用下框架结构的层间剪力、层间位移角变化情况。结果表明:下盘场地地表加速度峰值在土体沉降前后随避让距离未出现明显变化,上盘场地地表加速度峰值出现较为明显的减小;3种地震波作用下沉降前后框架结构的剪力时程曲线基本一致,正负向剪力峰值出现的时刻也近似吻合;上下盘结构层间位移角变化规律相似,均随避让距离的增大而减小,距地裂缝越近,结构破坏越严重;下盘结构最大层间位移角受不均匀沉降影响较小,最大变化幅度不足14%,上盘结构受影响较大,最大变化幅度超过50%,其中上海人工波作用下变化幅度最大,为73%,Tangshan波次之,为70%,El Centro波最小,为63%;对于考虑不均匀沉降的地裂缝场地,框架结构抗震设计时应对水平地震影响系数最大值αmax
【文章来源】：建筑科学与工程学报. 2020,37(05)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
框架结构平面布设(单位:mm)
图1 框架结构平面布设(单位:mm)根据西安地铁二号线工程沿线地裂缝勘察设计报告[19]的有关统计分析,场地土层层序如下:①素填土层(Q 4 ml );②黄土层(Q 3 eol );③古土壤层(Q 3 el );④黄土层(Q 2 eol );⑤古土壤层(Q 2 el );⑥粉质黏土层和砂土层互层Q 2 al+1 。根据地裂缝场地上、下盘的不同设置不同土层间的错层,对地质情况进行合理简化,最终确定的土层分布情况如表1所示。
数值分析采用ABAQUS有限元软件[20],以西安地铁二号沿线某近地裂缝框架结构为原型,建立场地-上部结构有限元计算模型(图3)。场地分为地裂缝场地与普通场地,考虑到土体对上部结构的边界效应及近地裂缝结构避让距离设置,设计土体尺寸为300 m×150 m×90 m。按土层情况对场地进行分层,分别定义密度、泊松比和弹性模量。地裂缝上、下盘场地不同土层间设置错层,普通场地的土层与上盘土层设置一致。土体本构选用ABAQUS自带的Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,选用C3D8三维实体单元进行土体建模,模型单元尺寸取为3 m×3 m[21]。上部结构混凝土为C30混凝土,本构采用弥散开裂模型,以此更好地模拟钢筋在混凝土开裂后的荷载传递作用。型钢材质均为Q345,泊松比为0.3,弹性模量E=2.06×105 MPa,本构采用理想弹塑性模型。综合考虑单元模拟效果、收敛性及计算周期,梁、柱构件采用B31梁单元模拟,楼板采用S4R壳单元模拟。钢筋材质为HRB400,本构采用理想弹塑性模型,用rebar layer命令进行定义,不考虑钢筋硬化和循环过程的退化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]跨越地裂缝框架结构振动台试验及数值模拟研究[J]. 熊仲明,韦俊,陈轩,张朝,程攀. 工程力学. 2018(05)
[2]非一致性地震作用下跨越地裂缝结构的动力响应研究[J]. 熊仲明,韦俊,郭亚雷,王丙锐. 振动与冲击. 2018(04)
[3]在高烈度地震作用下跨越地裂缝框架结构的动力响应模拟研究[J]. 熊仲明,陈轩,高鹏翔,韦俊,黄汉英. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]地裂缝场地地铁运行引起框架结构振动的数值分析[J]. 许晨,杨觅,门玉明,袁立群. 噪声与振动控制. 2016(05)
[5]跨地裂缝地铁隧道竖向地层压力计算方法探讨[J]. 黄强兵,杨涛,王震,范文东. 岩石力学与工程学报. 2016(08)
[6]地震作用下地裂缝场地地表加速度响应的振动台试验研究[J]. 王启耀,胡志平,王瑞,罗丽娟. 铁道学报. 2015(12)
[7]地裂缝上内廊式框架结构计算分析[J]. 郭西锐,江英,陈淋册,罗勇,朱敏. 防灾科技学院学报. 2014(02)
[8]地震荷载作用下地裂缝场地动力响应试验研究[J]. 刘妮娜,黄强兵,门玉明,彭建兵. 岩石力学与工程学报. 2014(05)
[9]三维一致粘弹性人工边界及等效粘弹性边界单元[J]. 谷音,刘晶波,杜义欣. 工程力学. 2007(12)
[10]我国地面沉降现状及防治对策研究[J]. 殷跃平,张作辰,张开军. 中国地质灾害与防治学报. 2005(02)
硕士论文
[1]西安地裂缝调查—对房屋条形基础破坏机理研究[D]. 梁海洋.西安工业大学 2017
[2]非均匀地基沉降对等距柱网框架的内力影响分析[D]. 丁宝芬.长安大学 2013
[3]强震作用下“y”型地裂缝场地力学响应研究[D]. 魏春龙.长安大学 2012
[4]地裂缝活动对建筑结构影响的模拟分析[D]. 万通.长安大学 2011
[5]西安地裂缝影响区混凝土框架性能分析[D]. 周洋洋.长安大学 2009
本文编号：3399548
【文章来源】：建筑科学与工程学报. 2020,37(05)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
框架结构平面布设(单位:mm)
图1 框架结构平面布设(单位:mm)根据西安地铁二号线工程沿线地裂缝勘察设计报告[19]的有关统计分析,场地土层层序如下:①素填土层(Q 4 ml );②黄土层(Q 3 eol );③古土壤层(Q 3 el );④黄土层(Q 2 eol );⑤古土壤层(Q 2 el );⑥粉质黏土层和砂土层互层Q 2 al+1 。根据地裂缝场地上、下盘的不同设置不同土层间的错层,对地质情况进行合理简化,最终确定的土层分布情况如表1所示。
数值分析采用ABAQUS有限元软件[20],以西安地铁二号沿线某近地裂缝框架结构为原型,建立场地-上部结构有限元计算模型(图3)。场地分为地裂缝场地与普通场地,考虑到土体对上部结构的边界效应及近地裂缝结构避让距离设置,设计土体尺寸为300 m×150 m×90 m。按土层情况对场地进行分层,分别定义密度、泊松比和弹性模量。地裂缝上、下盘场地不同土层间设置错层,普通场地的土层与上盘土层设置一致。土体本构选用ABAQUS自带的Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,选用C3D8三维实体单元进行土体建模,模型单元尺寸取为3 m×3 m[21]。上部结构混凝土为C30混凝土,本构采用弥散开裂模型,以此更好地模拟钢筋在混凝土开裂后的荷载传递作用。型钢材质均为Q345,泊松比为0.3,弹性模量E=2.06×105 MPa,本构采用理想弹塑性模型。综合考虑单元模拟效果、收敛性及计算周期,梁、柱构件采用B31梁单元模拟,楼板采用S4R壳单元模拟。钢筋材质为HRB400,本构采用理想弹塑性模型,用rebar layer命令进行定义,不考虑钢筋硬化和循环过程的退化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]跨越地裂缝框架结构振动台试验及数值模拟研究[J]. 熊仲明,韦俊,陈轩,张朝,程攀. 工程力学. 2018(05)
[2]非一致性地震作用下跨越地裂缝结构的动力响应研究[J]. 熊仲明,韦俊,郭亚雷,王丙锐. 振动与冲击. 2018(04)
[3]在高烈度地震作用下跨越地裂缝框架结构的动力响应模拟研究[J]. 熊仲明,陈轩,高鹏翔,韦俊,黄汉英. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]地裂缝场地地铁运行引起框架结构振动的数值分析[J]. 许晨,杨觅,门玉明,袁立群. 噪声与振动控制. 2016(05)
[5]跨地裂缝地铁隧道竖向地层压力计算方法探讨[J]. 黄强兵,杨涛,王震,范文东. 岩石力学与工程学报. 2016(08)
[6]地震作用下地裂缝场地地表加速度响应的振动台试验研究[J]. 王启耀,胡志平,王瑞,罗丽娟. 铁道学报. 2015(12)
[7]地裂缝上内廊式框架结构计算分析[J]. 郭西锐,江英,陈淋册,罗勇,朱敏. 防灾科技学院学报. 2014(02)
[8]地震荷载作用下地裂缝场地动力响应试验研究[J]. 刘妮娜,黄强兵,门玉明,彭建兵. 岩石力学与工程学报. 2014(05)
[9]三维一致粘弹性人工边界及等效粘弹性边界单元[J]. 谷音,刘晶波,杜义欣. 工程力学. 2007(12)
[10]我国地面沉降现状及防治对策研究[J]. 殷跃平,张作辰,张开军. 中国地质灾害与防治学报. 2005(02)
硕士论文
[1]西安地裂缝调查—对房屋条形基础破坏机理研究[D]. 梁海洋.西安工业大学 2017
[2]非均匀地基沉降对等距柱网框架的内力影响分析[D]. 丁宝芬.长安大学 2013
[3]强震作用下“y”型地裂缝场地力学响应研究[D]. 魏春龙.长安大学 2012
[4]地裂缝活动对建筑结构影响的模拟分析[D]. 万通.长安大学 2011
[5]西安地裂缝影响区混凝土框架性能分析[D]. 周洋洋.长安大学 2009
本文编号：3399548
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