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改进后的Pushover分析方法在地下工程中的应用研究

作　者: 赵磊
导　师: 董军
学　校: 北京建筑工程学院
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: Pushover方法地下结构抗震分析有限差分
分类号: TU93
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着经济的发展和人口的增加，各大城市都在加紧建设或规划地铁。错综复杂的地下交通形式也随之出现，地铁同时作为地下交通的主要力量，面对日益增多的地震灾害，研究地铁车站及区间的在地震作用下的反应具有重大的社会意义。本文以地上Pushover方法为理论基础，结合地下结构的特点和特殊性，以Flac3D为辅助平台，把该方法引入到地下结构抗震，对地铁车站及相互穿越的复杂地下结构的抗震性能进行了初步的研究。本文首先对地下结构的抗震特点、破坏形式、抗震理论、研究方法及现状做了较全面的总结和叙述；然后就地下结构抗震中的一些重点问题进行了研究：1）地震波的选择和处理；2）动力边界条件的选择。通过二维平面模型将地上Pushover方法引入地下结构，并对该方法的实施原理和步骤进行了详细的阐述，将分析结果和动力时程结果对比，其二者结果相近似，再通过改变隧道的截面形式（马蹄形和圆形截面）和隧道埋深深度探究了该方法适用范围。在上述研究的基础上，最后建立三维模型，进行静力分析和动力时程分析后，将该方法运用到北京地铁1号线五棵松车站受下穿水管影响的动力分析和北京地铁10号线双井车站受下穿7号线影响的动力分析，结合静动力的分析结果，得出了一些结论：1）倒三角形式的加速度荷载可以作为侧向荷载分布模式；2）该方法可以运用在地下结构抗震分析中，3）该方法可以运用到不同截面形式和不同深度的隧道工程；4）车站结构受到下穿隧道影响后，部分截面应力发生了变化，但整体抗震性能满足要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-23
  1.1 背景  9-11
  1.2 地下结构抗震特点和破坏机理  11-12
    1.2.1 地下结构抗震特点  11-12
    1.2.2 地下结构的破坏形式  12
  1.3 国内外研究现状及研究方法  12-18
    1.3.1 地下结构抗震分析计算的(拟)静力法研究  14-15
    1.3.2 地下结构抗震分析计算的动力学方法研究  15-17
    1.3.3 Pushover 方法在地下结构中的应用研究  17-18
  1.4 国内外接近程度及相关规定  18-21
    1.4.1 我国接近影响相关规定  18-19
    1.4.2 日本接近影响相关规定  19-21
  1.5 本文研究内容  21-23
    1.5.1 既有隧道受下穿影响的 Pushover 方法研究  21
    1.5.2 模型的算例研究  21
    1.5.3 工程实例  21-23
第二章有限差分原理  23-33
  2.1 引言  23
  2.2 基本概念  23-25
    2.2.1 基本思想  23-24
    2.2.2 有限差分网格的划分  24
    2.2.3 差分公式  24-25
  2.3 FLAC 中有限差分的实现  25-28
    2.3.1 FLAC 网格  25-26
    2.3.2 有限差分方程  26-27
    2.3.3 求解过程  27-28
  2.4 动力等线性  28-33
    2.4.1 动力方程  29-30
    2.4.2 差分格式的收敛性和稳定性  30-33
第三章地下结构抗震的若干问题研究  33-48
  3.1 地下结构抗震基本要求  33-35
  3.2 动力分析中的边界问题  35-42
    3.2.1 静态边界  35-39
    3.2.2 自由场边界  39-42
  3.3 动力分析中地震波的选择与处理  42-48
    3.3.1 调幅值  42-43
    3.3.2 作用时间  43
    3.3.3 地震波的滤波  43-46
    3.3.4 地震波的校正  46-48
第四章地下 Pushover 方法的实现及验证  48-62
  4.1 Pushover 分析方法简述  48
  4.2 Pushover 分析的基本思路  48-49
  4.3 建立 Pushover 曲线  49-51
    4.3.1 对结构进行建模确定结构力与变形的关系  49
    4.3.2 确定荷载模式  49-50
    4.3.3 选择目标位移  50-51
    4.3.4 进行能力分析  51
  4.4 Pushover 分析的注意事项  51
  4.5 地下结构 Pushover 方法分析  51-52
    4.5.1 水平荷载分布  51-52
    4.5.2 目标位移的确定  52
  4.6 Pushover 分析方法的适用性  52-62
    4.6.1 计算模型与参数  52-53
    4.6.2 地震波选取  53-54
    4.6.3 确定水平荷载分布形式  54-55
    4.6.4 目标位移确定  55-56
    4.6.5 Pushover 分析  56-57
    4.6.6 Pushover 分析结果与动力时程分析的比较  57
    4.6.7 深度变化的应用性研究  57-62
第五章既有隧道车站受下穿隧道影响的 Pushover 方法适用性研究  62-89
  5.1 工程资料  62-63
    5.1.1 工程简介  62-63
    5.1.2 地质资料  63
  5.2 数值模型的建立  63-65
    5.2.1 几何模型  63-64
    5.2.2 结构材料  64-65
  5.3 结构静力计算  65-72
  5.4 车站动力时程分析计算  72-77
  5.5 五棵松地铁车站受下穿水管影响的 Pushover 分析  77-83
    5.5.1 工程背景  77-78
    5.5.2 数值模型  78-79
    5.5.3 Pushover 方法分析结果  79-83
  5.6 双井车站受下穿 7 号线影响的 Pushover 分析  83-89
    5.6.1 工程背景  83
    5.6.2 数值模型  83-86
    5.6.3 Pushover 方法分析结果  86-89
第六章结论  89-92
  6.1 小结  89-91
  6.2 展望  91-92
参考文献  92-98
致谢  98

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