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盖挖逆作地铁车站施工力学及数值模拟

作　者: 杜兴华
导　师: 王铁成
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 盖挖逆作法地铁车站施工模拟时程分析 ANSYS
分类号: U231.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着各国经济和城市化的快速发展,城市交通问题日益突出,而修建地铁是解决此问题的一个重要手段。本文研究了一种适合在交通繁忙的城市中心地区修建地铁车站的方法——盖挖逆作法,其具有明显的经济效益和社会效益。本文采用ANSYS有限元软件,建立某盖挖逆作地铁车站的土体-结构模型,对其进行施工过程的模拟和动力时程分析,探索和研究地铁车站结构在施工过程中的内力、变形规律以及在地震荷载作用下的动力响应规律。研究中解决了粘弹性人工边界的设置、Rayleigh阻尼的计算、土-结构接触非线性的处理等问题,得出的主要结论如下:在各施工工况中,由于地基回弹、自重和施工荷载的影响,地下连续墙、立柱和顶板在竖向呈现反复隆沉的变形规律;盖挖逆作法对结构的差异沉降有良好的控制作用;在侧向土压力和水平支撑层板的作用下,地下连续墙水平变形由“弓”形发展为“S”形;层板的巨大水平刚度可以良好的控制地下连续墙的水平变形;得出了施工中各工况下各内力的最不利位置;地下结构的动力响应特征主要受地基土体特性影响,与自身自振特性关系不大;竖向地震作用会显著增加中间柱的轴力,降低其抗剪能力,使其更易受到破坏;地震荷载作用下地铁车站的各节点处内力值较大,最危险构件为中间柱,其次为地下连续墙与底板的连接处,地下连续墙与楼板的连接处和中间柱应该被重点加强。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-22
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-12
  1.3 盖挖逆作法概述  12-15
    1.3.1 盖挖逆作法原理  12
    1.3.2 盖挖逆作法工艺特点  12-13
    1.3.3 盖挖逆作法施工顺序和工艺流程  13-14
    1.3.4 盖挖逆作法的经济效益  14
    1.3.5 盖挖逆作法存在的问题  14-15
  1.4 地下结构计算方法概述  15-20
    1.4.1 地下结构的力学模型  15-16
    1.4.2 地下结构抗震理论分析方法  16-20
  1.5 本文的研究目的及主要研究内容  20-22
    1.5.1 本文的研究目的  20
    1.5.2 本文的主要研究内容  20-22
第二章盖挖逆作地铁车站施工力学分析  22-45
  2.1 结构选型  22-23
  2.2 工况划分  23
  2.3 模型计算参数  23-25
    2.3.1 土体的计算参数  23-24
    2.3.2 结构的计算参数  24
    2.3.3 中间柱各层竖向附加集中力  24-25
  2.4 施工过程模拟在ANSYS 中的实现  25-33
    2.4.1 ANSYS 简介  25-26
    2.4.2 生死单元功能简介  26
    2.4.3 单元类型  26-27
    2.4.4 本构模型  27-28
    2.4.5 建立计算模型  28-29
    2.4.6 加载计算  29-33
  2.5 计算结果分析  33-43
    2.5.1 地下连续墙及立柱竖向隆沉变形分析  33-34
    2.5.2 地下连续墙水平变形分析  34-35
    2.5.3 顶板竖向位移分析  35-36
    2.5.4 结构内力分析  36-43
  2.6 本章小结  43-45
第三章地铁车站水平地震动力响应分析  45-76
  3.1 地下结构动力时程分析有限元法  45-50
    3.1.1 动力平衡方程  45-46
    3.1.2 时程分析法的步骤  46
    3.1.3 质量矩阵的形成  46-47
    3.1.4 阻尼矩阵的形成  47-48
    3.1.5 地基截取范围  48-49
    3.1.6 人工边界的设置  49-50
  3.2 土-结构动力时程分析模型的建立  50-59
    3.2.1 计算简化与假定  50
    3.2.2 结构选型  50-51
    3.2.3 结构参数  51-52
    3.2.4 单元类型  52-53
    3.2.5 粘弹性人工边界的设置  53-56
    3.2.6 阻尼的设置  56-57
    3.2.7 接触的设置  57-59
  3.3 地震波的输入  59-61
    3.3.1 地震波的选取  59
    3.3.2 地震波的调整  59-61
  3.4 计算结果分析  61-74
    3.4.1 水平位移分析  61-62
    3.4.2 结构内力分析  62-74
  3.5 本章小结  74-76
第四章双向地震耦合作用下地铁车站动力响应分析  76-82
  4.1 地震波的选取和调整  76-77
  4.2 计算结果分析  77-81
  4.3 本章小结  81-82
第五章结论与展望  82-84
  5.1 结论  82-83
  5.2 展望  83-84
参考文献  84-87
发表论文和参加科研情况说明  87-88
致谢  88

盖挖逆作地铁车站施工力学及数值模拟

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