高烈度地震区高填土方明洞抗震分析和减震措施研究

发布时间：2020-05-08 13:58

【摘要】：由于特殊的地质背景和地理环境,我国黄土地区地震灾害多发。高填土方明洞周围的地质情况复杂,地基承载力通常较弱,若遇强震,容易发生洞门墙的破损、倾斜、开裂以及洞身的轴向开裂等震害现象。一直以来对于高烈度地震区高填土方明洞抗震分析和减震措施的研究较少,不同地下结构在地震荷载下的动力响应规律研究仍需进一步探究。本论文以长寿山明洞具体工程实例为依托,研究了该结构在地震荷载作用下的动力响应规律,找到了抗震设防的重点部位,分析了减震层对明洞结构的减震效果,得出合理的减震层厚度和材料,从而为明洞结构抗震与减震提供重要依据。具体内容包括以下几个方面:(1)通过阅读大量文献,了解现今国内外对抗震分析与减震研究的主要成果,介绍了现今常用的地下结构动力分析理论。确定建模所需材料的本构模型以及所输入的地震波、阻尼条件、边界条件等,并通过查阅资料和计算,确定各项参数的取值。(2)采用有限元软件建立明洞三维模型,分别沿横向、纵向、竖向三个方向输入地震波得出明洞动力响应规律。通过模拟,得出以下结论:(1)明洞结构的位移和加速度响应在洞口段最大,位移最大值为8.17cm,加速度为2.13m/s~2,位移与加速度随着距洞口距离的增加呈现出逐渐减小的趋势,且减小趋势越来越缓慢。(2)横向输入的地震波对结构内力与应力的影响最为明显,最大主拉应力、剪力和弯矩峰值出现拱脚处,大小为分别为1003.8kPa、99.21kN、45.62kN·m,拱腰处的轴拉力最大,大小为551.62kN,因此结构的拱脚和拱腰等几何尺寸变化较大的部位是抗震设防时考虑的重点。(3)通过改变明洞防护结构刚度和回填材料分析了这两种因素对于明洞结构抗震性能的影响。根据数值模拟对比分析可知:增加防护结构的刚度可在一定程度上减弱地震响应。与原工况相比,监测点的最大主拉应力减小1.8%-11.4%,轴拉力减小1.3%-19.3%,弯矩减小0.22%-36.58%,剪力减小0.98%-34.84%;在明洞上部回填时采用泡沫混凝土也可减弱地震响应,使结构更加安全。(3)通过在明洞主体与防护结构之间设置减震层分析了减震层材料特性和减震层厚度对于结构减震效果的影响。通过模拟结果可知橡胶材料的减震效果要优于泡沫混凝土,且减震层厚度为25cm时的减震效果要优于15cm的情况,建议在实际工程中优先考虑25cm的橡胶减震层。
【图文】：

本文技术路线图

图 2.1 子结构法示意图比子结构法，整体有限元法是将结构和周围土体看做是一个整体进行分析，型计算中能够对其相互作用的影响进行自动计算，，而且该方法可以考虑土体的接触非线性和材料非线性等问题，一般可用于地震作用下的土—结构系统
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U452.28

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本文编号：2654753