地下結(jié)構(gòu)地震作用的簡化分析方法研究.pdf

1、隨著地下結(jié)構(gòu)建設的飛速發(fā)展，地下結(jié)構(gòu)工程師不僅面臨眾多的地下結(jié)構(gòu)靜力設計問題，同時也面臨著抗震設計問題。目前，利用大型商業(yè)軟件對地下結(jié)構(gòu)的動力時程分析及模型試驗研究已開展較多，但其研究成果還較難應用于實際的地下結(jié)構(gòu)抗震設計之中。同時，我國抗震設計規(guī)范還處于研究、發(fā)展階段。因此，建立一套便于工程應用的簡化抗震設計方法是十分必要的。本文首先從地下結(jié)構(gòu)擬靜力解析解方面著手，采用彈性解析解的方法探討了自由場變形與地下結(jié)構(gòu)變形之間的相互關(guān)系；然后

2、，采用數(shù)值模擬的方法，對自由場與地下結(jié)構(gòu)的動力反應特性進行了系統(tǒng)研究，提出了地下結(jié)構(gòu)簡化設計方法的基本思路，在此基礎上，基于子結(jié)構(gòu)法分別對反應位移法、靜力有限元法進行了理論推導及方法改進；最后，介紹了地下結(jié)構(gòu)彈塑性分析方法并對地下結(jié)構(gòu)擬靜力實驗進行了數(shù)值模擬。本文主要研究工作及研究成果如下：
　　1.基于解析解的自由場與地下結(jié)構(gòu)變形擬靜力關(guān)系研究
　　基于平面彈性復變函數(shù)理論分別對圓形地下結(jié)構(gòu)和矩形地下結(jié)構(gòu)進行擬靜力解析求解

3、，明確了地下結(jié)構(gòu)擬靜力解析求解的基本方法。同時，對Wang、Penzien、Bobet、Park和 Huo的方法進行了系統(tǒng)分析，并探討了接觸條件和泊松比對地下結(jié)構(gòu)變形系數(shù)的影響。
　　2.自由場與土-地下結(jié)構(gòu)散射場關(guān)系研究
　　采用數(shù)值模擬的方法，研究了P波和S波作用下，含地下結(jié)構(gòu)散射場及相應的自由場的動力反應，對比分析了地下結(jié)構(gòu)頂板與底板相對位移及自由場相應位置處相對位移最大時刻對應的加速度、應力等動力特征及整個時程的最大

4、值的特征規(guī)律。通過這些動力特征分析，找出自由場與土-地下結(jié)構(gòu)散射場二者的動力特性之間的聯(lián)系，并以此探討了地下結(jié)構(gòu)簡化抗震設計方法的可行性及研究方法。
　　3.反應位移法理論推導及改進
　　基于子結(jié)構(gòu)法對反應位移法的原理進行了理論推導，提出了地基彈簧系數(shù)的多種求解方法并對地震荷載（剪應力、土層位移差等效荷載以及慣性力）的求解方法進行改進，通過算例對改進的反應位移法與規(guī)范中的反應位移法和整體動力時程分析方法進行對比分析，驗證了改

5、進反應位移法的實用性。
　　4.靜力有限元法理論推導及改進
　　基于子結(jié)構(gòu)方法對靜力有限元方法進行了理論推導，對現(xiàn)有的靜力有限元方法（強制邊界位移法、反應加速度法、反應應力法）進行了對比研究，提出了靜力有限元計算模型，并驗證了該方法的實用性。
　　5.地下結(jié)構(gòu)彈塑性簡化分析方法
　　采用地基剛度衰減的方法，對規(guī)范中反應位移法、改進反應位移法以及靜力有限元法在土體彈塑性條件下的計算結(jié)果與動力時程方法進行對比，驗證了