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《长安大学》 2016年
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黄土地区地铁车站地震反应特征与抗震计算方法研究

权登州  
【摘要】:黄土在中国分布较广,主要集中在地震多发的中西部地区,由于黄土具有柱状节理、大孔隙弱胶结的特殊结构性及对水的特殊敏感性,使得黄土地区地震灾害十分严重。近年来,中国中西部黄土地区地铁工程逐渐增多,地铁车站通常为服务型公共场所,人口密度大,服务设施多,人员紧急疏散耗时长;在地震作用下若结构破坏,损失非常惨重,震后修复和加固困难,费用十分昂贵,使黄土地区地铁车站地震反应、抗震计算方法及安全性评价备受关注。然而,基于土-结动力相互作用大型地震模拟振动台试验研究黄土地区地铁车站地震反应规律还处于空白,能够可靠指导黄土地区地铁车站抗震设计的计算方法也处于空缺。因此,研究黄土地区地铁车站地震反应特征及抗震计算方法具有重要的学术意义与工程应用价值。论文主要工作及成果如下:(1)采用室内动三轴试验对重塑黄土和原状黄土动力特性进行了研究。试验结果表明,不同试验条件下,重塑黄土的动应力与动应变曲线均表现为硬化型,动应力均随动应变增加而增大;其动弹性模量随动应变增大均逐渐减小,且呈现出双曲线的分布特征。采用非线性拟合分析,得到重塑黄土及原状黄土的非线性动力特征曲线。研究结果可为本文黄土场地地铁车站地震模拟振动台试验及其数值模拟提供基础数据,也可为黄土地区地下结构抗震的相关研究提供参考。(2)首次开展了黄土场地条件下考虑土-结动力相互作用的地铁车站地震模拟振动台试验。在振动台试验相似设计中,提出了失真指数的概念和计算方法,可用于综合评价模型试验中模拟失真效应的严重程度,提高振动台试验结果的可靠性;通过室内试验研究了模型材料微粒混凝土的力学性能,提出了满足动力试验相似要求的微粒混凝土配合比;根据数值模拟结果对振动台试验中数据采集及传感器布设位置进行了优化;基于振动台试验研究,得到了黄土场地及地铁车站地震动力反应规律及震害特征。研究结果可为黄土地区地铁车站等地下结构的相关试验研究及理论分析提供可靠资料。(3)基于ABAQUS有限元分析平台,对黄土与地铁车站动力相互作用有限元数值模拟技术进行了较深入研究。提出了基于《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)确定CDP模型塑性损伤因子的实用方法,并推导出损伤因子的计算公式;对黄土地区地铁车站动力响应分析中人工边界条件进行了对比研究,提出了采用有限元-无限元耦合的建模方法;对黄土地基计算范围、黄土与地铁车站动力接触、单元类型与网格划分、黄土场地初始地应力场的建立及输入地震动等进行了分析;最后,对黄土场地中地铁车站振动台试验进行数值模拟,并将数值模拟与振动台试验结果进行了对比研究,验证了本文建立的考虑黄土与地铁车站动力相互作用有限元数值模型的可靠性。(4)建立了黄土场地中原型地铁车站地震反应有限元数值模型,得到了原型地铁车站内力分布、应力反应及结构损伤破坏分布规律;基于原型结构数值分析结果,提出了黄土场地中地铁车站抗震设计的基本原则及增强地铁车站抗震性能的具体措施;同时,对地铁地下结构抗震计算方法进行了理论分析,研究了黄土地区地铁车站抗震设计中计算参数的取值;分析了不同抗震简化计算方法在黄土地区地铁车站抗震设计中的适用性,提出了适合于黄土地区地铁车站抗震设计的简化计算方法。研究结果可为黄土地区地铁车站等地下结构的抗震设计提供可靠参考。
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TU93;TU352.11

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【参考文献】
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【二级参考文献】
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