学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

城市地铁地下结构地震反应的试验研究与数值模拟

作　者: 赵冬冬
导　师: 刘晶波
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 地震反应分析离心机振动台模型试验离心机振动台模型材料土－结构动力相互作用大空间地下结构
分类号: TU311.3
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 37次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文通过离心机振动台模型试验和数值模拟的手段对地下结构地震反应特性进行了较为系统的研究。开展了不同类型地基-双层地下结构系统离心机振动台模型试验，通过对比试验结果标定数值模型，基于标定后的数值模型研究埋深和土层条件对地下结构地震反应的影响。采用数值模拟方法研究大空间地下结构地震反应特点，并对地下结构Pushover分析方法在大空间地下结构地震反应分析中的适用性和精度进行了分析。本文主要成果有：（1）为实现在离心机振动台试验中获得地下结构的破坏现象，采用正交试验方法对石膏复合材料的强度、弹性模量以及耐水性进行了系统的试验研究，得到了低强度和耐水性强的石膏复合材料。同时配置了低强度微粒混凝模型材料，并对石膏复合材料和微粒混凝土对原型混凝土结构的模拟精度进行了数值分析。（2）针对地下结构的地震反应问题，设计并完成了3组共11次1:50比尺的离心机振动台模型试验，研究了不同地基自由场地震反应和不同地基中地下结构的地震反应特性。试验取得了较为丰富、合理的数据，得到了不同地基自由场加速度反应规律和剪应力-剪应变变化关系，分析了不同地基中地下结构应变反应，并在试验中观察到地下结构破坏现象，发现了结构抗震不利部位。（3）基于OpenSees计算平台，建立了地基自由场和地基-地下结构动力相互作用系统非线性数值分析模型。通过与试验结果的对比，对数值模型及其中所采用的砂土、粘土本构模型参数与土体阻尼比计算参数进行了标定，采用标定后的数值模型研究了埋深和土层条件对地下结构地震反应的影响，讨论了对地下结构抗震性能产生不利影响的土层条件。（4）建立地基-地下结构非线性动力相互作用系统的静-动力联合分析有限元数值模型，对大空间地下结构进行弹塑性地震反应时程分析，研究了大空间地下结构地震反应规律和破坏特性，讨论了PGRD和局部PGRD作为地震动物理参数用于大空间地下结构地震反应分析时的合理性和有效性。同时采用地下结构Pushover分析方法对大空间地下结构进行了地震反应分析，讨论了地下结构Pushover分析方法在大空间地下结构地震反应计算中的适用性和精度。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-24
  1.1 课题的研究背景及意义  9-12
  1.2 地下结构震害调查  12-15
    1.2.1 地下结构震害历史  12-13
    1.2.2 地下结构震害破坏类型及特征  13-15
  1.3 地下结构抗震研究现状  15-22
    1.3.1 地下结构震害的原型观测  16-17
    1.3.2 地下结构动力模型试验  17-19
    1.3.3 数值模拟  19-22
  1.4 本文研究内容及目标  22-24
第2章离心机振动台模型试验材料研究  24-38
  2.1 微粒混凝土材料  24-26
  2.2 石膏复合材料  26-31
    2.2.1 石膏复合材料的配置  26-27
    2.2.2 石膏复合材料的物理力学性能  27-31
  2.3 算例分析  31-36
    2.3.1 算例模型与计算参数  31-33
    2.3.2 弹性分析结果  33-35
    2.3.3 弹塑性分析结果  35-36
  2.4 本章小结  36-38
第3章地基-双层地下结构系统离心机振动台模型试验设计  38-60
  3.1 引言  38
  3.2 离心机振动台试验原理  38-40
  3.3 模型试验地基土  40-43
    3.3.1 试验用砂土  40-41
    3.3.2 试验用粘土  41-43
  3.4 离心机振动台模型试验相似关系设计  43-53
    3.4.1 方程分析法相似关系设计  44-45
    3.4.2 量纲分析法相似关系设计  45-46
    3.4.3 广义相似关系设计  46-48
    3.4.4 原型地下结构介绍  48
    3.4.5 模型试验相似关系设计  48-53
  3.5 离心机振动台试验模型箱的选择  53-58
  3.6 主要试验步骤  58
  3.7 本章小结  58-60
第4章离心机振动台模型试验结果及分析  60-98
  4.1 引言  60
  4.2 地基自由场离心机振动台模型试验  60-73
    4.2.1 试验GCFS1结果分析  62-65
    4.2.2 试验GCFC2结果分析  65-67
    4.2.3 试验GCFL3和GCFL4结果分析  67-70
    4.2.4 地基自由场试验结果比较与讨论  70-73
  4.3 地基-地下结构系统离心机振动台试验  73-96
    4.3.1 模型简介与传感器布置  74
    4.3.2 试验GCSP1结果分析  74-81
    4.3.3 试验GCSP2结果分析  81-83
    4.3.4 试验GCSP3结果分析  83-85
    4.3.5 试验GCSP4结果分析  85-87
    4.3.6 试验GCSP5结果分析  87-89
    4.3.7 试验GCSC1结果分析  89-90
    4.3.8 试验GCSC2结果分析  90-92
    4.3.9 地基-地下结构系统试验结果比较与讨论  92-96
  4.4 本章小结  96-98
第5章地基-地下结构系统地震反应分析数值模型研究  98-130
  5.1 引言  98-99
  5.2 有限元数值模型中的关键问题  99-120
    5.2.1 砂土多屈服面塑性本构模型及参数标定  99-111
    5.2.2 粘土多屈服面塑性本构模型及参数标定  111-118
    5.2.3 OpenSees中钢筋混凝土纤维模型  118-120
  5.3 地基自由场离心机振动台模型试验GCFL3数值模拟分析  120-121
  5.4 地基-地下结构系统离心机振动台模型试验数值模拟分析  121-125
    5.4.1 地基-地下结构系统试验GCSP1数值模拟分析  121-123
    5.4.2 地基-地下结构系统试验GCSP2数值模拟分析  123-125
  5.5 地下结构地震反应影响因素分析  125-129
    5.5.1 地下结构埋深的影响  125-126
    5.5.2 土层条件的影响  126-129
  5.6 本章小结  129-130
第6章大空间地下结构弹塑性地震反应分析  130-163
  6.1 引言  130-131
  6.2 计算模型  131-135
    6.2.1 有限元数值模型与计算参数  131-134
    6.2.2 人工边界及有效波动输入  134-135
  6.3 地下车站结构弹塑性地震反应时程分析  135-147
    6.3.1 加速度反应  135-139
    6.3.2 水平方向位移反应  139-140
    6.3.3 内力反应  140-147
  6.4 地下车站结构Pushover分析  147-161
    6.4.1 地下结构Pushover分析方法  147
    6.4.2 水平荷载分布形式  147-148
    6.4.3 目标位移  148-149
    6.4.4 带有附加自由场的地基-地下车站结构系统有限元模型  149-151
    6.4.5 地下车站结构Pushover分析方法计算结果  151-161
  6.5 本章小结  161-163
第7章结论与展望  163-166
  7.1 本文主要成果与结论  163-164
  7.2 研究展望  164-166
参考文献  166-175
致谢  175-177
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  177-178

城市地铁地下结构地震反应的试验研究与数值模拟

内容摘要

全文目录

相似论文