考虑土—结构动力接触效应的地铁车站抗震时程分析

发布时间：2020-05-23 19:15

【摘要】：随着经济的发展和地面交通的繁忙,我国地铁系统的建设规模不断扩大,地铁车站的抗震设计日益受到工程技术人员的关注。但所取得的成果仍远不能满足实际工程需要。因此,对地铁车站等地下结构的抗震研究十分有必要。本文根据地基土与结构相互作用理论,采用ANSYS软件分析动力接触效应对结构地震响应的影响。并以厦门某三层岛式地铁车站为实例,侧重分析了地铁车站的位移和应力响应。主要研究内容和结论如下:首先探讨了动力时程分析中的材料本构、边界条件、阻尼类型、平面简化方法等关键问题,确定了本文建模的理论依据。并据此分别建立考虑接触效应和不考虑接触效应的地铁车站有限元模型。在考虑了接触面上的动力滑移与分离现象的基础上,分析了不同地震波作用下,动力接触效应对地铁车站的层间相对位移和结构应力的影响。结果表明:考虑动力接触效应后结构的位移和应力响应会明显降低,且动力接触效应对车站上层水平相对位移影响比对下层影响大。其次将水平地震波单独作用和水平地震波-列车荷载耦合作用两种情况细分为六种不同的工况,并以厦门某地铁车站为例,分析各工况下地铁车站顶底板相对位移及结构应力的变化规律。结果表明:当地震和列车荷载耦合作用时,结构的位移响应比结构在水平地震单独作用时小,而结构的应力响应比结构在水平地震单独作用时大。最后分析了不同地震波作用下,厦门某地铁车站的边界条件、周围土体刚度及主体结构刚度对车站自振响应、结构位移和应力响应的影响规律。结果表明:周围土体刚度对结构地震响应影响最大,土体刚度的增大可以有效地降低结构的位移和应力响应;采用固定边界所得的地震响应比粘弹性人工边界的大;增大主体结构刚度对降低结构地震响应作用很小,因此设计时不应一味提高主体结构刚度。
【图文】：

路面沉降,地铁车站

大泽地铁车站和大开地铁车站的震害情况尤为严峻，过半的中柱被震坏进而引发逡逑车站结构的倒塌，造成地表路面大面积沉降［３］。阪神地震造成路面沉降最严重的逡逑有２．５米，地震灾害情况见图１．１和图１．２［４］。２０１１年曰本曾发生过里氏９．０级地逡逑震，东京都会区地铁系统受地震影响巨大。由此可见，在地下结构的设计和分析逡逑时，对其地震性能研究不容小视。逡逑我国南部接壤着欧亚地震带，东部地区又毗邻着环太平洋地震带，有７４．５％逡逑的城市处于地震活动区，有近一半城市的抗震设防烈度高于７度，地震活动非常逡逑频繁［５］。２００８年汶川曾发生过里氏震级８．０级的大地震，受地震影响成都的地铁逡逑车站部分位置出现裂缝和变形增大的现象，隧道的衬砌接缝处出现了渗水、错台逡逑和局部损坏［６］。以及台湾９．２１南投地震、青海４．１４玉树地震和四川４．２０雅安地逡逑震均对地下结构产生不同程度上的破坏，严重影响地震发生区域内人民的生命财逡逑产安全和城市的正常运转。逡逑１逡逑

体接触,节点,地基土,动力接触

在地震作用下，地下结构的响应分析涉及到很多方面的内容，其中地基动力相互作用问题是分析中的关键，需要结合多学科的知识，例如土动力动力学和地震工程等。目前关于地基土－结构动力相互作用问题的研究一用计算分析法和实验模拟法，其中计算分析法可以分为：整体分析法、子和集总参数法［６７］。逡逑地基土邋－结构动力接触有限元分析法逡逑整体分析法是把结构及结构周围地基土体视为一个统一的整体，这种分析仅考虑了地基土邋－结构的动力接触效应，而且能分析地基土体的非线性和性等问题，其中有限元法随计算机技术的发展得到了广泛的应用［６８］。有限中最重要的一环是处理地基土与结构间的动力接触行为，最简单的方法是如所示的假设结构单元与接触的土单元共用同一节点。这里只是把结构看成料介质，，故在计算时接触面的变形相容条件和动力平衡条件易被满足。逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU435;TU352.11

【参考文献】