海底沉管隧道地震响应分析

发布时间：2020-04-25 20:55

【摘要】：伴随着我国经济的迅猛发展,现代交通建设也得到了蓬勃的发展,特别是在一些沿海城市,越来越多的跨海大桥工程和海底隧道工程被修建完成或正在建设规划当中。对于海底隧道工程,由于所处地域的特殊性,地震灾害对其产生很大威胁,海底隧道的地震响应分析就是十分有必要的。目前,海底沉管隧道的地震响应分析方法主要是采用一致激励将地震波以水平或者垂直的方式入射,为了研究地震波斜入射时海底沉管隧道的非-致激励动响应,本文主要做了如下工作:(1)介绍了目前世界上比较著名的几个海底隧道工程和各国海底隧道的发展现状,对海底隧道工程地震响应的主要研究成果进行了梳理。总结了海底隧道及地下结构工程的地震反应特性。(2)对海底隧道及地下结构工程的地震反应分析方法进行了系统总结,对比分析了各种理论分析方法间的优点与缺点。介绍动力有限元分析中土体的本构模型、流固耦合、粘弹性人工边界及地震波转化为等效荷载的基本理论和是实现方法。(3)以大连湾海底隧道工程为研究背景,在收集整理了隧道相关资料的基础上,采用三维动力有限元方法,建立了海水-土体-隧道结构的整体分析模型。分析了地震波以不同角度入射时海底隧道的位移、加速度及主应力的动响应规律。(4)分别建立了不同地震波作用和不同峰值加速度地震波条件下的海底隧道整体分析模型,并对不同条件下沉管隧道的位移、加速度及主应力计算结果进行对比。分析了地震波斜入射时海底沉管隧道动响应的影响因素,得出海底沉管隧道在地震波斜入射时的动响应规律。
【图文】：

结构受力,惯性力,覆土,重力加速度

地震系数法是将地震加速度所产生的惯性力作为地震荷载施加在地下结构上。在隧逡逑道及地下结构工程的地震反应分析时，要考虑主动侧压力和ｈ覆土体的惯性力的作用逡逑如图２．１所示：逡逑７￣７￣７￣＂７￣７￣￣７￣７—７￣￣￣７邋７￣￣７￣＂７邋７￣７邋７—７邋７邋７￣７￣７￣７邋７￣７￣７￣７￣７邋７￣７￣￣７￣７￣７￣￣７￣７逡逑Ｐ，邋＇逦ｆ［＿邋Ａｅ，逡逑肩邋ｈ邋｜ｌ邋ｌ［逡逑／逦＾邋ＩＩ逦１邋＾逡逑Ｐ２逦Ｆ？邋Ａｅ２逡逑图２．１地震系数法结构受力不怠图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｆｏｒｃｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｅｉｓｍｉｃ邋ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ邋ｍｅｔｈｏｄ逡逑作用于结构上的地震惯性力Ｇ可表示为：逡逑Ｆ，邋＝－Ｑ邋＝邋ＫｃＱ逦（２－１）逡逑ｇ逡逑其中：ｕ邋＿作用于结构上的重力加速度；逡逑ｇ—重力加速度；逡逑０邋—结构的重量；逡逑Ｉ—地震系数，根据地震标准系数、工程重要系数、地层种类及结构埋深等因逡逑素确定。逡逑结构上覆土体的惯性力厂２可表示为：逡逑Ｗ＾ｎｇ逦（２－２）逡逑其中：综合影响系数；逡逑—水平地震系数；逡逑／？—结构上覆土体的重量。逡逑７逡逑

示意图,斜入射,平面,示意图

３．４．２地震波输入的等效荷载法逡逑由波动理论可知，当地震波斜入射时，会在半无限空间自由表面处反射并产生波型逡逑的转换。现以Ｐ波为例，当Ｐ波斜入射时，反射波中既有Ｐ波，也有ＳＶ波如图３．５逡逑所示。逡逑地面逡逑／＞４１逦＾逡逑々射波００＾＾＾邋ｇ逦地基有限域逡逑地基无限逡逑图３．５平面Ｐ波斜入射示意图逡逑Ｆｉｇ．邋３．５邋Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋Ｐ－ｗａｖｅ邋ｏｂｌｉｑｕｅ邋ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ逡逑根据Ｓｎｅｌｌ定律，当Ｐ波或ＳＶ波斜入射时，在介质交界面发生复杂的反射和折射，逡逑这些反射波和折射波在水平方向上的视波速保持相等，从而得出入射波角度《和反射波逡逑角度的关系式为：逡逑ｓｉｎ邋ａ邋ｓｉｎ邋Ｂ逡逑逦＝——逦（３－４７）逡逑ＣＰ逦Ｃｓ逡逑根据平面波在介质中传播时的应力状态和变换公式，郜新军，，赵成刚［４１］等给出了邋ｐ逡逑波斜入射情况下的等效荷载公式。在此基础上，章小龙［４２］在左右边界选取了不同的反射逡逑面，并在网格节点之间采用了积分的思路，改进了等效荷载公式。具体如下：逡逑底边界等效荷载逡逑ＦＬｘ（ｔ）＝——ｓｉｎ邋２ａ邋．心（，－Ａ／，）邋＋邋Ｋｈｌｕｐ（／邋－邋Ａ／，）邋ｓｉｎ邋ａ邋＋邋Ｃｆｃ，ｗｐ（ｒ邋－邋Ａ／，）邋ｓｉｎ邋ａ邋（３－４８）逡逑ｃｐ逡逑Ｆｊｘ（ｔ）＝——ｓｍ＾ａ邋．邋ｕｐ（ｔ邋－邋Ａ／，）邋＋邋Ｋｂｌｕｐ（ｔ邋－邋Ａ／，）
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U459.5;U452.28

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