地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力變形分析及其對(duì)地表建筑地震響應(yīng)的影響研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)，我國(guó)城市化進(jìn)程日益加快，人口和物質(zhì)財(cái)富逐漸向城市高度集中，開發(fā)地下空間，建立以地鐵為主體的城市地下交通系統(tǒng)作為緩解城市交通最快捷、最有效的途徑越來越引起重視。城市地下空間的飛速開發(fā)，其抗震安全性必然會(huì)成為建筑工程抗震和城市防災(zāi)減災(zāi)研究的重要內(nèi)容。大型地下結(jié)構(gòu)內(nèi)部人口比較集中，空間受限，疏散緩慢，一旦遭受地震破壞，直接造成的生命和財(cái)產(chǎn)損失與地上結(jié)構(gòu)相比將更為嚴(yán)重，而且地下結(jié)構(gòu)的修復(fù)工作相對(duì)困難，間接經(jīng)濟(jì)損失同樣巨大。地

2、鐵交通工程大都貫穿于城市內(nèi)部，其地表附近一般都已經(jīng)存在建成的建筑物，或者為了交通方便而在地鐵工程附近新建商業(yè)區(qū)、居民小區(qū)等，地下空間結(jié)構(gòu)的存在將改變臨近建筑物的地基條件，并改變地震波的傳播路徑，進(jìn)而影響地表建筑的地震響應(yīng)。
　　本文針對(duì)上述問題，重點(diǎn)分析了地下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力變形特性，以及地下結(jié)構(gòu)的存在對(duì)地表臨近建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)土-地下結(jié)構(gòu)擬靜力相互作用法，分析排水和不排水條件土體中，地下

3、結(jié)構(gòu)剪切變形與輸入激勵(lì)波波長(zhǎng)的關(guān)系。研究了土-地下結(jié)構(gòu)擬靜力相互作用法的計(jì)算原理和適用條件;建立有限元模型，輸入由地下結(jié)構(gòu)橫截面尺寸所確定的不同頻率的正弦波作為激勵(lì)，分析在排水和不排水條件下，不同高寬比地下結(jié)構(gòu)的剪切變形與激勵(lì)波波長(zhǎng)的關(guān)系，給出了不排水條件時(shí)采用靜力代替動(dòng)力荷載進(jìn)行計(jì)算的適用條件;同時(shí)分析了柔度系數(shù)以及土體與地下結(jié)構(gòu)的相對(duì)剛度兩因素的影響規(guī)律。
　　(2)研究了單自由度體系在含有速度脈沖的近斷層地震動(dòng)作用下的響應(yīng)，

4、對(duì)比分析了矩形地下結(jié)構(gòu)在脈沖型近斷層地震動(dòng)和無脈沖遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)作用下的剪切變形。首先運(yùn)用小波分析的方法將含有速度脈沖的近斷層地震動(dòng)分解為高頻波和脈沖波兩部分，分別分析其對(duì)單自由度體系動(dòng)力響應(yīng)的影響，論述了僅用脈沖模型模擬近斷層地震動(dòng)的局限性;其次，建立不同截面形狀的地下結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算不同柔度系數(shù)時(shí)，地下結(jié)構(gòu)在遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)和脈沖型近斷層地震動(dòng)作用下的剪切變形系數(shù)，研究脈沖型近斷層地震動(dòng)對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，以及隨柔度系數(shù)變化的規(guī)律。

5、>　　(3)分析了地表建筑結(jié)構(gòu)常用的簡(jiǎn)化模型，研究了高階振型對(duì)地表結(jié)構(gòu)層間位移譜、以及對(duì)層間位移沿結(jié)構(gòu)無量綱高度分布的影響;以地鐵車站為研究算例，重點(diǎn)分析當(dāng)?shù)罔F車站埋置于不同類型場(chǎng)地中時(shí)，地下結(jié)構(gòu)的存在對(duì)地表臨近建筑能夠產(chǎn)生影響的地表區(qū)域范圍。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)場(chǎng)地類型的規(guī)定，選取軟土、中軟土和硬土三種類型的均質(zhì)場(chǎng)地做為研究基準(zhǔn)，以純彎曲、純剪切和彎剪組合三種類型的結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，給出了有、無地鐵車站時(shí)，三種場(chǎng)地中所選結(jié)構(gòu)層間位移角的變化

6、趨勢(shì);將地鐵車站水平寬度作為地下結(jié)構(gòu)與地表建筑相對(duì)距離的衡量基準(zhǔn)，分析地下結(jié)構(gòu)的尺寸與其所能影響到的地表建筑所處位置的關(guān)系，總結(jié)地下結(jié)構(gòu)的影響范圍隨場(chǎng)地條件變化的規(guī)律，并分析對(duì)不同類型地表結(jié)構(gòu)的影響程度;研究不同場(chǎng)地條件下，地下結(jié)構(gòu)的存在對(duì)場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震動(dòng)的影響。
　　(4)地鐵車站屬于大型地下空間結(jié)構(gòu)，以兩層雙柱三跨式地鐵車站為例，著重從場(chǎng)地土體剛度、加速度峰值以及地表建筑變形類型三個(gè)方面進(jìn)行分析，研究地下結(jié)構(gòu)對(duì)地表臨近建筑地震響

7、應(yīng)的影響。首先在有限元軟件中分別建立無車站的自由場(chǎng)模型和土體-地鐵車站相互作用模型，基于廣義層間位移譜分析地鐵車站的存在對(duì)地表臨近建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響;其次，研究了地表結(jié)構(gòu)自震特性和距車站水平距離兩個(gè)因素對(duì)地表結(jié)構(gòu)層間位移角、及其沿結(jié)構(gòu)無量綱高度分布的影響規(guī)律，同時(shí)分析了場(chǎng)地土體與地下結(jié)構(gòu)相對(duì)剛度，以及輸入地震動(dòng)峰值加速度的變化對(duì)所得結(jié)果的影響;最后，分析了不同自振周期的地表結(jié)構(gòu)所受地下結(jié)構(gòu)影響的變形類型。
　　(5)以成層土體