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大跨度地下结构动力计算模型研究

晏成明  
【摘要】: 近年来,地下结构在能源、交通、通讯、城市建设和国防工程等方面获得广泛应用。由于我国大部分地区为地震设防区,地下结构的抗震设计及其安全评价具有重要的理论意义和工程应用价值,成为工程设计人员日益关心的重要问题。 本文通过采用适当的边界条件,建立合理的计算模型,运用有限单元法分析地下结构地震反应。考察地下结构-周围介质体系的动态特性、土-结构相互作用对结构的影响,分析结构地震动力响应。并将拟定结构的数值分析结果与实验成果进行比较分析,探讨设计理论、数学模型的合理确定。并对南京地铁某站进行地震响应分析,为地铁等大断面地下结构的设计提供科学的依据。 本文运用有限元与无限元相耦合的分析方法解决工程问题,与单纯的有限元相比,具有显著的优越性,运用无限元已经包含了周围土体位移的衰减速率,能较好地反映地震波地传播特性。运用该方法,可以将地基范围取到三倍底宽。 本文研究了各种动力计算模型的修正方法,针对有限元程序,提出了用优化的方法实现结构动力有限元模型的修改,通过算例验证,结构模态分析结果更接近于实测值。 对结构进行动力分析发现,当双向激励时,结构的反应体现了两种单向输入的叠加,双向激励时结构应力响应比受单向激励时大很多,讨论结构的动力响应时要充分考虑两种单向输入的叠加效果。场地土层分布的不均匀性对土层的横向位移影响很大,地下结构应该具有足够的延性来承受土层的位移,以避免剪切破坏的发生。在地震动的激励下,结构会发生整体沉降。从整个结构来看,车站顶板、各角隅处最容易发生破坏,因而在设计和施工过程中,应对上述部位予以重视。


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