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单侧高边坡地区考虑地下室-支护系统共同作用下结构的地震响应分析

江志海  
【摘要】:华润紫云府二期B地块边坡东高南低,高差近10m,东边基坑最大深度为16.2m,施工阶段东边采用排桩+可回收锚索进行基坑支护,使用阶段利用主体结构地下室作为11m高边坡的永久性支撑。地下室施工完成后,随着高边坡侧锚索的拆除,地下室将承受锚索拆除后支护排桩二次变形产生的推力。主体结构设计时,将高边坡侧的土压力作为静力加载于地下室顶板上,不考虑主体结构-土共同作用,然后按照多遇地震下的反应谱法进行设计(简称常规设计)。对于这种方法设计的主体结构,其在罕遇地震作用下的抗震性能不明确,由于地下室与支护桩为一整体相连结构,弹塑性分析时采用了考虑与不考虑地下结构与土体共同作用的两种情况,本文主要研究内容如下:(1)基坑东侧高边坡采用排桩+预应力可回收锚索支护,运用PLAXIS有限元软件,采用增量法计算地下室顶板竣工、东侧锚索拆除后建筑物地下室顶板上所受到的水平推力。(2)不考虑地下结构与土体共同作用,将土压力产生的力以静载形式直接作用于地下室顶板上进行常规设计,然后对这种常规设计的结构(顶板传力体系)进行动力弹塑性分析。发现由于存在较大的土压力作用,常规设计结构Ry向柱铰发生屈服的比例达到13~15%左右,并且其屈服比例接近梁铰的屈服比例,不能很好的满足“强柱弱梁”的抗震要求,同时地下室外墙的屈服比例也较高。(3)考虑地下结构与土体共同作用,并对顶板传力体系进行改进,提出了分别通过斜撑、剪力墙将边坡传来的力直接传至地下室底板的两种改进的传力体系。由于在通用有限元软件中将结构单元和土单元进行整体弹塑性分析计算比较困难,采用简化计算方法,将边坡产生的推力作为静力直接加载在地下室上,然后进行动力弹塑性分析,同时采用非线性弹簧模拟地下结构与土体的共同作用。对顶板传力体系和两种改进的传力体系计算结果进行对比分析,发现剪力墙传力体系梁、柱铰发生屈服的比例比其他两种传力体系低,其中柱铰发生屈服的比例比另外两种传力体系降低了约2%~6%,抗震性能相对较好,最终采用该传力体系作为上部结构的设计方案。(4)不考虑地下结构与土体共同作用,对最终采用的剪力墙传力体系进行动力弹塑性分析,并与前面进行的考虑地下结构与土体共同作用的结果对比,从整体数据来看,考虑地下结构与土体共同作用情况的梁柱铰发生屈服的比例比不考虑地下结构与土体共同作用的情况有所降低,其中柱铰屈服比例降低了2~3%,从东侧框架对比结果来看,考虑地下结构与土体共同作用情况的梁、柱铰均未发生屈服,但不考虑结构与土体共同作用时,梁、柱铰均发生一定程度的屈服。并且考虑地下结构与土体共同作用情况的底层层间位移角只有不考虑地下结构与土体共同作用情况的一半左右,这说明在地震作用下,土体不但能阻止结构产生变形还能吸收结构的部分动能,减少梁、柱铰的屈服程度。因此,在实际的结构设计过程中,考虑地下结构与土体共同作用,其设计结果与实际情况更吻合,还能达到降低工程造价的目的。


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