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综合管廊与地铁车站共构结构体系地震响应规律分析

马晓明  
【摘要】:进入21世纪,我国以综合管廊为主导的地下市政、地铁为主导的地下轨道交通快速崛起,但在发展过程中也面临诸多问题,两者在空间布局上往往存在着共线或交叉的情况。综合管廊与地铁车站共构结构体系实现了两者间的共同建设,对集约高效地使用地下空间、实现城市可持续开发建设具有显著意义。此前有关地下空间结构地震反应研究大多是针对综合管廊、地铁车站等单体结构,针对管廊与地铁车站共构的复杂地下结构的抗震研究还较为有限,而复杂的地下结构形式必定对抗震性能提出更高的要求。本文通过数值模拟的方法,利用有限元软件ABAQUS针对综合管廊与地铁车站共构结构体系进行了地震响应规律研究,主要工作包括:(1)对综合管廊与地铁车站共构结构体系有限元模型建立时涉及到的几个关键问题进行了简要的概述。建立了基于粘弹性边界和无限元边界的自由场算例,对其等效荷载的输入方法与理论解进行验证,最终选取粘弹性边界及其等效荷载输入法作为模型中所采用的人工边界条件和地震动输入方法。(2)建立了土-综合管廊和地铁车站共构结构体系模型并进行地震响应规律分析,考察地震波频谱特性、竖向地震动、结构埋深、土层刚度、综合管廊与地铁车站竖向相对位置关系几个方面因素对共构结构体系的影响。受负一层管廊内侧墙分布的影响,右柱的轴力比左柱大,负一层底板左跨的弯矩峰值左跨最大、右跨次之、中跨最小,负三层底板弯矩幅值为对称分布;综合管廊与地铁车站共构结构体系的受拉损伤主要位于楼板与侧墙的连接处、柱子与楼板的连接处、负三层侧墙及底板,是抗震设计的关键部位;在地震作用下共构结构体系存在最不利埋深的情况,结构土层刚度在一定范围内增大有利于减小结构地震反应;内部结构形式的变化使共构结构体系的变形模式有所不同,当顶板为箱型结构、底部为箱型框架结构时,侧墙及柱子在水平地震作用下为剪切型变形;当顶板为箱型框架结构、底部为箱型结构时,侧墙左摆曲线为弯曲型变形,右摆及柱子为剪切型变形。(3)进行了基于钢筋桁架叠合顶板的共构结构体系地震响应规律初探,分析其在水平-竖向耦合地震动作用下的动力响应,并采用层间位移角和破坏指数评价水平及竖向抗震性能。钢筋桁架叠合顶板的共构结构体系与整体现浇结构相比,在水平方向及竖直方向抗震性能均有一定程度降低,其地震响应也大于整体现浇结构。


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