地下结构拟静力抗震分析方法及推覆试验研究

【摘要】：当下,随着城市化进程的不断加快以及人口的不断增长,在世界范围内涌现出了许多特大型城市,大量农村人口向有限的城市中心地带聚集,许多城市都面临着可使用的地面空间不足的窘境,地面交通常常会出现拥堵现象,地面交通运输能力不足成为了亟待解决的难题。地下轨道交通工程迅速发展则大大地改善了交通拥堵问题。地下工程发展给我们带来了便利的同时,其抗震安全性就显得越发重要,因为地下结构建设难度大、花费高、修复难,一旦破坏产生会产生巨大的经济损失和社会影响。过去常用地面结构抗震设计方法来设计地下结构,但地下结构地震响应及受力特性和地面结构差别较大,所以依照地面结构的抗震设计方法去设计地下结构并不合适。因此,非常有必要针对地下结构抗震设计方法进行专项研究。基于前人所做的工作,本文通过数值模拟和拟静力试验,对比分析当前存在的各种地下结构抗震简化分析方法的适用性,同时针对性的使用新型模型箱开展了土体弹簧刚度测试拟静力试验。具体内容如下:1.研究现状系统地对地下结构抗震研究现状和灾害资料进行梳理和分析。然后整理了7种地下结构横截面抗震简化分析方法,分别为:地震系数法、自由场变形法、柔度系数法、反应位移法、反应加速度法、强制反应位移法和Pushover分析方法。包括了它们的具体计算步骤和各种方法的优缺点。2.各种简化分析方法对比研究选取计算模型需要附带土体的3种简化分析方法(分别为:反应加速度法、强制反应位移法和Pushover分析方法),使用有限元分析软件Abaqus进行地下结构抗震分析后与动力时程分析结果对比,验证模型侧边距对计算结果的影响。再采用4种不需要附带土体的简化分析方法(分别为:地震系数法、自由场变形法、柔度系数法、反应位移法)与上面3种方法同时对处于不同刚度土层中的地下结构进行对比计算。3.模型箱的对比分析介绍了现存的地下结构抗震试验所采用模型箱的结构形式,对比分析了各种模型箱结构形式的优缺点。再根据本文的试验要求,设计了三种新型模型箱的结构形式,并分析了这三种新模型箱的特点及适用范围。4.自由场拟静力试验基于新研制的拟静力模型箱,介绍了自由场条件下大型拟静力推覆试验的工况。通过对模型箱内部土体位移的结果分析,研究了土体应变的衰减规律。再分析了土体中部土压力和土体位移的关系,研究了土体弹簧刚度沿深度的分布特性。