在地震波斜入射条件下的地铁车站地震响应研究

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近年来城市地铁工程建设的发展,地下结构的抗震安全评估是项目前期必须经历的过程。目前,地下结构的地震分析方法大部分都是假定地震波为垂直入射,但根据强震的实际记录,在中、远场地,因为地震传播途径和局部场地的不同,场地各点输入的地震动是有明显区别的。在近源地震的作用下,场地中地震波的传播并不是垂直向上的,而是有一定角度的入射,因此场地中各点输入的地震动会有很大的差别。因此,进行地下结构的抗震设计分析时,我们需要考虑地震波的入射方向对地下结构的振动形态的影响。  本文依托国家973课题“城市地下基础设施的地震破坏与抗震理论(2007CB714203)”和北京市自然科学基金重点项目“地铁车站立体交叉结构地震响应及抗震设计方法研究(8111001)”,通过振动台试验积累重要的试验数据,在总结和分析国内外地下抗震专家学者取得研究成果的基础上,借助动力时程计算分析方法,研究地震波在不同入射角度下对地下结构的动力反应影响。具体的研究内容如下:  (1)考虑土体与地下结构相互作用的影响,建立地铁车站不同倾斜角度(0°、15°、30°、45°)的地震反应的分析模型,分析地铁车站模型的动力响应规律,并与振动台试验的实测数据作比较,得出地铁车站的相对位移、应力、加速度的变化规律。  (2)经过地震波相对斜入射模型、振动台试验结果对比分析,相对斜入射条件下的应力、加速度计算结果与振动台试验的实测数据很吻合,说明相对斜入射条件下的数值计算模型是正确的。然后用同一个模型来分析地震波斜入射时,地下结构地震响应的一些规律,提出一些对抗震设计有意义的结论。  基于振动台试验结果和建立在振动台试验基础上的FLAC模型模拟分析得到以下规律:  (1)模型在振动激励下,土体的自振频率不断降低,阻尼比增加。模型箱的顶部反应位移大于底部,土体的反应加速度则底部大于顶部。模型箱的边界吸波效应良好,并且土体具有明显的滤波性质;  (2)结构的存在对上部土体的反应加速度具有减弱作用,结构与土的相互作用较为明显,结构墙柱应变大于梁板,节点处应力集中;当车站模型倾斜放置时,结构-土相互作用受竖向土压力控制,车站结构的应变幅值由墙柱向顶板转移,且分布趋于平均分布。
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