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地震作用下饱和砂土场地地铁车站体系动力响应研究

王广兵  
【摘要】:地铁交通的开发与利用能够很好的为城市人群的出行提供便利,还能够缓解地面基础建设的占地压力。我国地域辽阔,地层分布复杂,例如京津塘环渤海区域、长江三角洲区域等有广泛的砂土层分布,这就使得很多在修或已修建的地铁工程不可避免地处于砂土层中,而饱和砂土场地中的地下结构抗震防震设计尤为关键。现有地下结构的抗震规范针对饱和砂土场地中地铁车站的考量相对较少,且不够完善,这样,对处于饱和砂土场地中地铁车站的震动响应进行有效的分析很有必要。本文借助于有限元软件OpenSEES,以日本大开车站为原型,先后建立了二维模型的均质饱和砂土自由场地模型和饱和砂土-地铁车站结构动力体系模型,开展了地震响应特性研究。主要研究内容如下:(1)基于建立的模型,利用Biot动力固结理论,考虑固液完全耦合,对自由饱和砂土场地进行了动力非线性数值分析。首先选取了 4种地震动作用,分析各地震动作用下模型的动力数值响应。然后选定地震动作用,并调幅为5种地震动峰值强度进行地震动计算分析。最后对4种饱和砂土场地模型进行地震动响应分析。针对以上研究内容,在峰值动孔压比、加速度、震后残余位移等方面分别探讨了各工况的地震动响应特性分布规律。(2)为分析饱和砂土场地地铁车站的参数敏感性,首先通过分析不同埋深条件下场地的动孔压比峰值、加速度、位移响应以及结构的动内力变异系数,探讨了埋深这一因素的地震动响应变化规律的影响;接着在既定埋深的条件下选取剪切模量、渗透系数、摩擦角和地震动强度4个不相关变量建立灰色关联分析模型,确定特征点的动孔压比、加速度峰值和车站结构特征截面的灰色关联度序列;最后以正交设计实验结果为训练样本,建立BP神经网络,对地铁车站中部下7m处进行了液化预测计算。(3)以最大位移角划分车站结构的损伤等级,对车站结构进行增量动力分析,通过计算得到的IDA曲线,同时对结构开展了地震概率需求分析,并给出了结构的回归方程;在车站结构的地震概率需求分析的基础上,求解出车站结构的地震易损性曲线,并分析了车站结构在各级地震动峰值强度作用下的破坏超越概率。


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