考虑土-结构相互作用的大跨空间枢纽结构抗震性能分析

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交通枢纽承担人员流动、货物运转的功能,现代城市综合交通枢纽最重要的特点就是交通一体化,在交通枢纽建筑内部实现多条线路连接。多重建筑使用功能决定枢纽结构形式复杂,体量大等特点。枢纽结构由于需要较大的空间,采用大跨空间结构作为屋盖;下部主体结构由于复杂的建筑功能需要采用多层混凝土框架结构,有时还带有地下结构。大跨空间枢纽结构中的下部主体结构由于需要承担列车荷载等,使得下部主体结构刚度较大,导致结构与地基刚度比增大,土与结构相互作用会改变结构的动力特性和抗震性能,所以研究枢纽结构抗震性能时需考虑土-结构相互作用的影响。本文选取2个典型大跨空间枢纽结构,研究其考虑土-结构相互作用的抗震性能。本文的主要研究内容和成果如下:(1)依据屋盖结构类型,选取2个典型的大跨空间枢纽结构,建立其刚性地基假定模型和考虑土-结构相互作用模型。通过模拟钢筋混凝土柱的滞回试验,验证了所采用的混凝土和钢材本构模型的适用性。通过对比本文建立的三维自由场地土有限元模型与一维土层分析程序EERA的计算结果,验证了土体建模方法的适用性和正确性。(2)分析刚性地基假定和考虑土-结构相互作用的大跨空间枢纽结构自振特性和三向地震作用下的时程响应,总结土-结构相互作用对大跨空间枢纽结构地震响应的影响规律。结果表明:考虑土-结构的相互作用,枢纽结构的动力特性发生改变,枢纽结构自振频率降低,管桁架枢纽结构最大降低11.4%,双层网壳枢纽结构最大降低26.4%;枢纽结构中屋盖和下部混凝土结构变形增大,屋盖结构变形增大约13.4%~31.6%,下部混凝土结构变形增大约14.7%~35.5%;大跨空间屋盖结构关键杆件应力减小约2.5%~32.5%,少数低应力杆件应力增大。(3)考虑土-结构相互作用分析大跨空间枢纽结构强震作用下的响应,总结出大跨空间枢纽结构的塑性发展规律和薄弱部位。结果表明:管桁架枢纽车站的屋盖结构在强震作用下塑性区域主要集中在柱支承处和跨中区域。屋盖节点位移、屈服杆件数量、杆件最大塑性应变随基岩加速度幅值的增大稳定增加;对于网壳枢纽车站的屋盖结构在强震作用下由支座附近和屋盖中部杆件屈服,发展到屋盖两侧支座附近至1/4跨范围内以及屋盖中部全跨范围内杆件屈服。随基岩加速度幅值的增大,屋盖节点位移、屈服杆件数量、杆件最大塑性应变稳定增大。
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