Ⅲ类场地条件下场地特性对反应位移法的影响评价

发布时间：2019-09-08 18:31

【摘要】：以二维动力时程分析法为基准,分别计算在长、短周期水平地震动作用下两种Ⅲ类场地下的地铁盾构隧道结构产生的内力和变形,对现行反应位移法进行适用性评价。结果表明,隧道位于短周期地震动为主要成分的Ⅲ类场地时,反应位移法计算得到的内力增量要略大于有限元动力时程法的计算结果。当隧道位于长周期地震动为主要成分的Ⅲ类场地时,反应位移法的内力增量计算结果较动力时程法的结果偏小。并且Ⅲ类场地长周期地震动作用下,动力时程法计算得到的竖向直径变形率远大于反应位移法。
【图文】：

变形模式

不分层，计算范围内的地层都取相同性质，土体参数采用各土层的加权平均值，即:f=∑ni=0fi(1)(2)动力作用下，土和地下结构接触面之间不发生脱离和相对滑动，即接触面满足位移协调和共同变形;(3)土与地下结构的地震激励来自假想基岩面，基岩面上各点的运动一致，不考虑行波效应;(4)不考虑土体介质的孔隙比水压变化和砂土地震液化的影响，不考虑地震引起的地基沉降和失稳;(5)本分析只针对动力响应计算，不考虑初始应力状态。2．2反应位移法采用反应位移法抗震计算时，假定地层变形模式［8］如图1所示。图1地震时地层变形模式［8］Fig．1Grounddeformationmodeinearthquake［8］地层的固有周期［9］，一般根据建设地点的剪切波速计算。由多层构成的地层固有周期特征值Tg=∑ni=14hivsi。但由于地震发生时的地层应变大于勘测时的地层应变，考虑应变水平，取Ts=1．25Tg，即:震动基准面速度反应谱Su［7］:Su=khSv(2)式中，kh为设计水平地震系数;Sv为单位水平地震系数的速度反应谱(m/s)。设计水平地震系数kh［7］:kh=CzCgCukh0(3)式中，Cz为土层修正系数，若为单一土层可取1．0;Cg为场地修正系数，Ⅰ类为0．8，Ⅱ类为1．0，Ⅲ类为1．2，，Ⅳ类为1．4;Cu为埋深修正系数，Cu=1－0．015z，z为结构中心埋深(m)，当Cu＜0．5时，取0．5;kh0为标准设计水平地震系数，按表4选龋表4标准设计水平地震系数Table4Standarddesignhorizontalseismiccoefficient基本烈度ⅥⅦⅧⅨⅩ标准设计水平地震系数0．050．10．20．40．8Sv可按图2确定。土层地震反应位移取地下结构顶底板位置处自由土

速度反应谱,单位,地基,反应位移

反应位移(m);u(zB)为结构底部深度zB处的自由土层地震反应位移(m)。图2单位水平地震系数的速度反应谱［7］Fig．2Velocityresponsespectrumofunithorizontalseismiccoefficient［7］假设隧道结构处的表层地基的反应位移为一阶模态［10］，表层地基的最大反应位移分布u(z)为u(z)=2π2khSvTscosπz2H(5)结构与地层接触处所作用的剪切力τ:τ=GdπHSuTssinπz2H(6)式中，H为地表至基准面的距离(m);Gd为土层的动剪切模量。结构自身惯性力F:F=khmg(7)式中，m为结构的质量。图3隧道横向地震模型［7］Fig．3Transverseaseismicmodelforacirculartunnel［7］图4断面内力增量［7］Fig．4Sectioninternalforce［7］将盾构隧道的结构模拟为梁-弹簧模型时，在衬砌周围设置了表现衬砌与地基相互作用的地基弹簧，管片模拟为梁单元，接头模拟为弹簧，在地基弹簧一端输入地基反应位移和剪切应力。当隧道断面为圆形时(图5)，假设地层为无限延伸的均匀弹性体，地基弹簧刚度［11］可根据式(8)求解:kn=2GdＲLd，ks=3Gd2ＲLd(8)式中，kn为法向地基弹簧刚度;ks为切向地基弹簧刚度;Gd为地基剪切模量，Ｒ为圆形结构半径，L为垂直于结构横向的计算长度(m);d为地基弹簧的间距(m)。图5圆形隧道地基弹簧Fig．5Circulartunnelgroundsprings2．3动力时程分析在有限元模型中，结构模型几何参数和反应位移法计算模型相同。结构材料为混凝土，采用等刚度均质圆环进行分析。隧道模型土同样采用·结构分析··45·结构工程师第33卷第3期
【作者单位】：同济大学地下建筑与工程系;同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室;同济大学土木工程防灾国家重点实验室;
【分类号】：U231;U455.43

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