考虑动力等效刚度的隧道纵向抗震分析

发布时间：2020-05-05 15:03

【摘要】：随着我国经济和交通运输的快速发展,地下空间结构大规模建设。其中隧道是地下空间结构存在的主要形式之一,但由于地震、爆炸以及人为因素等造成的严重破坏,使得其抗震性能的分析亟待研究。目前对于隧道抗震性能的研究仍不完善,且主要集中在隧道横截面方向的抗震研究,而对于其纵向抗震研究却相对较少。在分析地震问题的各种方法中,反应位移法因其能较好地考虑地下结构在地震作用下的变形而被广泛应用于地下结构的抗震分析中,但因为其地基弹簧刚度尚未建立统一的理论公式,所以难以准确计算。而弹性地基梁的动力等效刚度可以表现为地基弹簧刚度和辐射阻尼,用其进行地下结构的抗震分析,可以得到更加准确的结果。所以,本文考虑以弹性地基梁的动力等效刚度替代地基弹簧刚度,通过理论推导和数值模拟对隧道纵向的抗震性能进行分析。研究的主要内容和结论有:(1)基于弹性动力学空间理论的基本方程,考虑弹性地基梁和弹性半空间的动力相互作用,经过理论推导得到了弹性地基梁竖向和水平动力等效刚度的解析表达式,通过参数分析,讨论了弹性地基梁竖向和水平动力等效刚度的变化规律。研究结果表明:弹性地基梁的竖向和水平动力等效刚度不为常数,而是随着梁中波传播的相速度的变化而变化。(2)基于反应位移法,将隧道模拟为弹性地基梁。利用竖向和水平动力等效刚度,通过理论推导得到了隧道处于弹性阶段时最大弯矩和轴力的解析表达式,以及塑性阶段时最大轴力的解析表达式。利用数值算例,分析了隧道在地震作用下的受力情况。研究结果表明:当地震波的入射角为0°时,隧道产生的弯矩最大;当入射角为45°时,隧道产生的轴力最大。(3)应用有限元软件ABAQUS对于隧道在地震作用下的受力情况进行模拟计算,研究了隧道的纵向抗震性能,并将模拟结果与理论分析结果进行对比。分析结果表明:隧道弯矩和轴力的模拟值和理论值变化趋势相近,证明了理论分析的正确性和可靠性。本文丰富了隧道结构抗震性能研究的内容,可为隧道的抗震设计研究提供理论支撑。
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因此，对于地下结构的研究也逐渐受到了专家学者们的重视。如图1.1所示，世界火山和地震带的分布非常广泛，而我国幅员辽阔，地处亚欧板块、太平洋板块和印度洋板块三大板块之间，是一个多地震的国家，具有地震强度大、分布范围广、发生频率高等特点。最近几十年中，中国发生过两起著名的大地震，，分别是1976年震级为里式7.8级的唐山大地震和2008年震级为里式8.0级的汶川大地震。这两起地震给人民的生命和财产都带来了巨大的伤害。图 1.1 世界火山和地震带分布图隧道是目前我国地下空间结构应用最广泛的一种形式，由于其全部位于地面以下，所以过去人们普遍认为其受到周围岩土体的限制作用，在地震作用下受到的危害少于地上结构。但近几十年来的地震灾害数据表明，隧道在地震作用下会遭受严重破坏[2-4]。而且隧道等地下结构不同于地上结构是由加速度决定地震反应

竖向动力等效刚度的实部
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U452.28

【参考文献】

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本文编号：2650337