套筒连接装配式地铁车站结构三维抗震性能评价方法研究

发布时间：2017-09-09 19:30

  本文关键词：套筒连接装配式地铁车站结构三维抗震性能评价方法研究

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【摘要】：预制装配式结构是我国建筑结构发展的重要方向之一,有利于我国建筑工业化的发展,提高生产效率、节约能源和保证建筑质量。对于地下结构而言,预制装配式结构应用较少,有关抗震的研究主要是针对传统的现浇结构,鲜有针对装配式地铁车站结构的研究。本文结合金安桥装配式地铁车站工程实例,利用数值方法分别模拟了其在水平、竖向以及水平-竖向耦合地震作用下的动力反应,建立了大型地下结构三维抗震性能的评价方法,获得了装配式地铁车站结构抗震性能的规律性认识,并与相同形式的现浇结构进行了对比分析;另外基于金安桥站普通装配式结构竖向刚度不足的问题,本文模拟了车站中柱为钢管混凝土结构形式的装配式车站方案在地震荷载下的动力反应,对比分析了两种装配式结构抗震性能的差异。论文的主要工作及成果如下:(1)基于课题组装配式地铁车站结构灌浆套筒连接侧墙节点的足尺拟静力对比试验规律,提出了套筒连接节点等效力学分析模型,通过有限元模拟对该模型进行了对比验证,结果表明,该模型可合理描述节点在往复荷载作用下的变形性能,同时数值参数取值较为合理,可以将模型应用于整体车站结构的建模分析中。建立了金安桥装配式地铁车站结构与围岩土体系统的时域显式整体非线性有限元模型,给出了装配式车站节点区域建模方法,模型边界条件、地震动输入、结构与土体界面非线性接触的处理方法,材料本构模型参数及参数确定方法。(2)利用时域显式整体分析方法,对比研究了峰值加速度为0.4g的北京罕遇人工地震波水平、竖向以及水平-竖向耦合作用下金安桥装配式地铁车站结构的地震反应。结果表明:水平和竖向地震动单独作用下,金安桥站水平向抗震能力较强,总体表现为弹性变形特征,在加速度峰值时刻水平向地震反应最为强烈,即结构在弹性范围内变形时,结构的地震反应取决于荷载的峰值;而竖向抗震性能较弱,中柱有较大变形。水平-竖向耦合地震荷载作用下,金安桥站水平向抗震能力略有减弱,开始表现出弹塑性变形特征,动力反应随地震荷载持时增加而增大,表明结构超出弹性范围后,其地震破坏后的变形不可恢复;竖向抗震能力相对较弱,表现为中柱有破坏的趋势,即金安桥地铁车站结构的竖向抗震能力不足(3)利用层间位移角和结构破坏指数定量对比分析了装配式地铁车站结构水平向和竖直向的抗震性能,进而建立了大型地下结构的三维抗震性能评价方法。分析结果表明:金安桥站装配式结构与现浇结构相比,抗震性能有一定程度降低。在水平方向,装配式结构较现浇结构加速度峰值时刻的层间位移角增加约为10%-15%;在竖直方向,破坏比在峰值时刻装配式结构较现浇结构大,上层增大约为5%-10%,下层增大约为20%-30%。(4)对中柱采用钢管混凝土形式的金安桥装配式地铁车站结构进行了三维有限元建模,以此为基础模拟了其在水平、竖向以及水平-竖向耦合地震作用下的动力反应,将计算结果同相同条件下的预制柱结构进行了对比分析,结果表明:采用钢管混凝土结构形式的中柱大大增强了结构的竖向刚度,提高了金安桥站抗震性能。
【关键词】：地铁车站 预制装配式结构 灌浆套筒节点 地震破坏 性能评价
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU352.11;TU93
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 选题背景及意义11-13
• 1.2 装配式地下结构发展现状13-17
• 1.2.1 国外装配式地下结构应用现状13-16
• 1.2.2 国内装配式地下结构应用现状16-17
• 1.3 装配式地下结构抗震分析17-23
• 1.3.1 地下结构震害实例及其反应特点17-19
• 1.3.2 地下结构抗震分析方法19-22
• 1.3.3 装配式地铁车站结构抗震性能研究22-23
• 1.4 本文研究内容和研究目的23-25
• 第2章 地下结构有限元分析理论基础25-41
• 2.1 土-地下结构相互作用26-28
• 2.1.1 土-地下结构相互作用概念26-27
• 2.1.2 土-地下结构相互作用分析方法27-28
• 2.2 动力显式有限元法28-31
• 2.2.1 动力平衡方程的建立29-30
• 2.2.2 动力平衡方程的求解30-31
• 2.3 人工边界条件及地震动输入方法31-34
• 2.3.1 人工边界条件31-33
• 2.3.2 地震动输入方法33-34
• 2.4 内域介质材料非线性本构模型34-39
• 2.4.1 土体材料的三维弹塑性模型35-36
• 2.4.2 混凝土材料的塑性损伤模型36-39
• 2.5 接触非线性39-40
• 2.5.1 接触面单元法39
• 2.5.2 接触力学法39
• 2.5.3 接触面之间相互作用39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第3章 套筒区域有限元模型41-55
• 3.1 装配式结构节点连接技术及力学模拟41-45
• 3.1.1 装配式地铁车站预制连接技术41-44
• 3.1.2 装配式节点区域力学模拟44-45
• 3.2 套筒连接预制墙体抗震性能对比试验45-50
• 3.2.1 已有试验研究45-47
• 3.2.2 侧墙足尺拟静力对比试验[]47-50
• 3.3 套筒区域力学分析模型等效方法50-51
• 3.3.1 复合材料强度理论50-51
• 3.3.2 套筒区域等效51
• 3.4 等效分析方法的验证51-54
• 3.4.1 车站墙体数值模型建立51-52
• 3.4.2 数值模拟结果与试验结果对比52-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 套筒连接柱装配式地铁车站结构抗震性能分析55-91
• 4.1 工程概况55-59
• 4.1.1 站址环境55-56
• 4.1.2 工程地质概况56-58
• 4.1.3 车站结构基本概况58-59
• 4.2 有限元模型建立及模拟59-64
• 4.2.1 研究对象及计算区域59-61
• 4.2.2 内域介质材料本构及单元选取61-62
• 4.2.3 内域介质相互作用62
• 4.2.4 边界条件处理及地震动输入62-64
• 4.3 装配式地铁车站结构三维抗震性能分析与评价64-89
• 4.3.1 水平地震作用下装配式与现浇式结构抗震性能对比65-74
• 4.3.2 竖向地震作用下装配式与现浇式结构抗震性能对比74-82
• 4.3.3 水平-竖向地震耦合作用下装配式与现浇式结构抗震性能对比82-89
• 4.4 本章小结89-91
• 第5章 钢管混凝土柱装配式地铁车站结构抗震性能分析91-115
• 5.1 有限元模型建立与模拟91-92
• 5.2 两种结构形式装配式车站抗震性能对比分析92-113
• 5.2.1 水平平地震作用下抗震性能对比93-99
• 5.2.2 竖向地震作用下抗震性能对比99-106
• 5.2.3 水平-竖向地震耦合作用下抗震性能对比106-113
• 5.3. 本章小结113-115
• 结论与展望115-117
• 参考文献117-125
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文125-127
• 致谢127

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本文编号：822347