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基于土-结构动力相互作用理论的地铁隧道抗震的非线性分析

张鸿  
【摘要】:本文以土-结构动力非线性相互作用为核心理论,以动力有限元方法为分析手段,对地铁隧道抗震问题作了深入研究。 文中首先对包括地铁隧道在内的地下结构抗震的研究价值、研究范畴、研究现状、新老研究方法和最新研究动态进行了全面概括和阐述。 本文还在相关研究基础上提出“土-结构动力相互作用非线性分析理论”。在该理论中分别对影响非线性相互作用的两个重要问题,即土体动力本构理论和接触面理论,进行了深入探讨。其中,作者在对相关重要文献进行系统归纳和总结基础上,对土体动力本构模型的分类提出了个人的看法;同时对各模型的优缺点和适用范围进行了评述,其中特别论证和指出:单屈服面模型并不适合于土体的动力分析和计算;另外文中还对接触面模型从接触面单元和接触面本构关系两方面进行了介绍和评述。 本文还针对动力有限元计算和分析方法、非线性分析与求解、地震动模拟、边界条件的处理以及单元类型和网格划分等一系列问题进行了探讨,并提出了自己的观点和处理方法。 在上述理论和方法基础上,本文以天津地铁一、二号线为例分别对单洞口和双洞口盾构隧道的地震反应进行了非线性时域分析。所做工作主要包括体系模态分析、非线性模型的动力响应分析、塑性模型与弹性模型的对比分析、接触面非线性分析等,此外还对隧道穿过软弱夹层土的影响、边界条件的选取、洞体间距对隧道地震响应的影响、上下重叠隧道地震响应以及竖向地震作用下体系的动力响应等相关问题进行了探讨。得到了一系列有益的规律和结论,从而一方面验证和支持前面的理论,另一方面也为实际工程的计算和设计提供一定的参考和依据。


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