不規(guī)則地鐵車站地震反應分析與土結相互作用相關問題研究.pdf

1、目前，出于簡單滿足工程設計目的的考慮以及分析手段的限制，對地鐵地下車站或區(qū)間隧道的抗震研究，大多采用切片式的典型橫斷面二維模型進行分析。但隨著地鐵工程的發(fā)展，地鐵車站結構的構造及形式日趨大型化、復雜化和多樣化，空間交錯結構也越來越多，具有明顯的空間效應，因此在實際分析中，不同的結構構造形式、空間組合以及周圍場地條件都是應該考慮的因素。所以，為了更深入合理地研究這類地下結構的的地震響應特點和響應規(guī)律，也為了更正確地預測和評估其抗震安全性，

2、有必要采用三維土-地下結構動力相互作用分析模型來對結構的彈塑性地震反應進行研究。為此，本文以天津站軌道換乘中心大型不規(guī)則地下地鐵車站結構為研究對象，考慮土-結構動力相互作用，對其進行水平地震作用下的彈塑性地震反應分析，以期從中獲得一些有意義的結論，為類似地下工程結構的抗震設計提供有益的參考依據(jù)和建議。此外，本文還針對土-結構動力相互作用有限元分析的一些相關問題進行了專門的研究和探討。鑒于以上研究目的，本文從地下結構抗震研究以及土-結構動

3、力相互作用研究兩方面入手，主要完成了以下幾方面創(chuàng)新工作：
　　 (1)針對地下不規(guī)則結構的抗震性能問題開展研究。以天津站軌道換乘中心大型不規(guī)則地下地鐵車站結構為研究對象，采用ANSYS軟件，基于一定的假設與合理簡化，選取適當?shù)膮?shù)，成功建立了包括土體、地下車站結構和樁基在內(nèi)的大型整體三維有限元模型，對其進行直接動力分析，得到了結構在不同超越概率水平、不同地震波作用下的水平位移、加速度、內(nèi)力反應規(guī)律以及側向變形特征等，通過分析發(fā)現(xiàn)

4、：結構的平面不規(guī)則性使得結構剛度在水平方向上存在差異，在較強的水平地震作用下，結構可能發(fā)生明顯的扭轉，從而導致某些轉角部位出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，產(chǎn)生塑性應變；結構的豎向不規(guī)則性對結構地震反應的影響主要體現(xiàn)在其引起的土體對結構的約束作用沿深度方向上的差異性，這種差異性可能會導致結構在較強的水平地震作用下出現(xiàn)側向擺動，從而增大P-△效應，此外，這種差異性還導致結構在豎向截面形式發(fā)生突變的相鄰樓層中產(chǎn)生較大的層間位移反應，并進一步影響到各層結構柱

5、的受力情況，使得地下三層結構柱的內(nèi)力反應遠大于其他樓層的結構柱。保持截面的對稱性有利于提高地下地鐵車站結構的抗震性能。
　　 (2)針對分枝模態(tài)-二步分析法在土-結構動力相互作用中的應用研究日趨成熟，但對采用ANSYS進行分枝模態(tài)-二步分析法的具體應用還不多見的情況，進行了分枝模態(tài)-二步分析法在ANSYS中的應用研究，重點闡述了基于ANSYS的分枝模態(tài)-二步分析法的實施過程及其程序實現(xiàn)，并結合工程應用實例進一步對相關計算流程和關

6、鍵技術進行了具體的說明，從算例的計算結果來看，基于ANSYS軟件進行土-結構動力相互作用分枝模態(tài)-二步分析法分析是可行的、有效的。
　　 (3)針對采用“均質化”方法建立樁土模型進行土-結構動力相互作用分析時的關鍵問題即樁土均質化有效力學性能的確定問題進行了專項研究。采用基于FEM的數(shù)值模擬方法，借鑒復合材料均質化理論引入樁土復合體特征體元RVE，以ANSYS軟件為工具對其進行數(shù)值模擬試驗分析，包括主軸方向的模擬壓縮試驗和模擬剪