地震作用下地下结构横向应变传递研究

论文摘要

近年来,具有复杂的横截面和大尺寸横截面的盾构隧道和地下广场等地下结构的数量增长很快,要求在横截面部位进行抗震设计的情况越来越多,但合适的地下结构横向抗震设计方法还未形成。为此,本文主要进行了如下工作:1.阐述了进行土-地下结构抗震研究的必要性;总结了土-地下结构相互作用的震害实例并分析了其几个重要影响因素;评述了现有常用的土-地下结构相互作用分析方法,并指出了优缺点;介绍了目前用于土-地下结构动力计算分析的软件。2.分析了当前地下结构抗震理论分析中各种方法的优劣,指出变形分析应是地下结构地震反应分析的主攻方向;提出了土体中地下结构动力分析的横向应变传递计算模型;给出了应变传递率（STC, Strain Transform Coefficient）的定义,提出了横向应变传递模型需要解决的关键问题,给出了相关公式和计算步骤,对影响因素进行分析并给出了影响大小的初步判断。3.为了实现本文作者提出的地下结构横断面应变传递计算模型的动力计算分析,对适于软弱土大变形的二维非线性动力有限元SD4程序进行了地下抗震适用性改进,并对ANSYS进行二次开发与SD4进行前后处理衔接;验证了本文作者提出的横向应变传递模型的可行性与可靠性。4.以土层应变向结构传递的本文模型为基本出发点,并以STC作为指标,采用改进的SD4程序,分析地震动不同输入（峰值和波形）、土层不同性能（土层软硬和土层厚度）以及地下结构特征（埋深、宽高比）等参数对STC以及地下结构动力响应的影响。5.提出了矩形地下结构动力计算简化方法,给出了相应的计算公式并验证了其可行性和精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 地下结构震害实例分析
• 1.2.1 意义
• 1.2.2 震害实例分析
• 1.3 土-地下结构简化分析模型与方法
• 1.3.1 等效静力法
• 1.3.2 波动理论法
• 1.3.3 反应位移法
• 1.3.4 混合拟静力法
• 1.3.5 平面有限元整体动力计算法
• 1.4 土-地下结构模型实验
• 1.5 土-地下结构计算软件简介
• 1.6 本文主要研究内容
• 第二章 横向应变传递分析模型
• 2.1 问题提出
• 2.2 应变传递率模型
• 2.2.1 假设
• 2.2.2 定义
• 2.3 应变传递率影响因素
• 2.3.1 剪切模量比
• 2.3.2 土层厚度
• 2.3.3 结构宽高比
• 2.3.4 结构埋深
• 2.3.5 结构厚度
• 2.3.6 基岩加速度
• 2.4 本章小结
• 第三章 计算软件及二次开发
• 3.1 引言
• 3.2 软件介绍
• 3.2.1 ANSYS 介绍
• 3.2.2 SD4 介绍
• 3.3 本文计算软件
• 3.3.1 SD4 薄层梁单元
• 3.3.2 SD4 接触面单元
• 3.3.3 SD4 边界条件
• 3.3.4 SD4 与ANSYS 前后处理衔接及实现
• 3.4 应变传递率方法验证
• 3.4.1 算例
• 3.4.2 对比结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 计算工况和参数选取
• 4.1 引言
• 4.2 计算工况
• 4.3 剪切波速选取
• 4.3.1 波速与深度关系
• 4.3.2 地区性粘土公式比较
• 4.4 土动力参数与地震波选取
• 4.4.1 土体动力参数
• 4.4.2 基岩输入地震波
• 4.5 本章小结
• 第五章 地震动输入影响分析
• 5.1 引言
• 5.2 不同地震动输入
• 5.3 应变传递率分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 土层性态影响分析
• 6.1 引言
• 6.2 模量比影响分析
• 6.2.1 结构动力响应
• 6.2.2 应变传递率分析
• 6.3 土层厚度影响分析
• 6.3.1 结构动力响应
• 6.3.2 应变传递率分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结构特征影响分析
• 7.1 引言
• 7.2 结构埋深影响分析
• 7.2.1 结构动力响应
• 7.2.2 应变传递率分析
• 7.3 结构宽高比影响分析
• 7.3.1 结构动力响应
• 7.3.2 应变传递率分析
• 7.4 本章小结
• 第八章 应变传递率简化计算方法及应用
• 8.1 引言
• 8.2 应变传递率简化计算公式
• 8.3 公式验证
• 8.3.1 算例一
• 8.3.2 算例二
• 8.4 本章小结
• 第九章 结论与展望
• 9.1 本文主要工作和成果
• 9.2 下一步工作设想
• 附录一
• 附录二
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介