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地下结构在竖向和水平地震荷载作用下的动力分析_论文

维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2 2卷 第 4期  地  下  空  间  Vo .   No.   122 4 Dee. O02 2   2O O 2年 1 2月  l D日 GR0l D  PACE      S 文 章 编 号 :0 18 1 2 0 )43 40   1 0 —3 X[0 2 0 —1 —6 地 下 结 构 在 竖 向和 水 平 地震 荷 载  作 用下 的动 力分 析 ‘   国胜 兵 , 赵 毅 , 跃 堂 , 建 新 , 明 洋  赵 刘 王 200 ) 107  ( 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工程 学 院 , 京 解 南 摘 要 :本 文基于有效应 力动力分析 法 , 用二 维显 式有 限差分 程序 F A 运 L C对地 下结 构在  竖 向 和 水 平 地 震 荷 载 作 用下 的动 力响 应 进 行 数 值 分 析 。 编制 了周 围土 体 介 质 分 析 模 型 的 程 序 模   块并与 F A L C接 口。考 虑 了水 平和 竖 向 地 震荷 载 对 地 下 结 构 的耦 合 效 应 , 出 了 竖 向 地 震 荷 载  得 对地 下结构 的破 坏有重要 影响的结论。   关键词 :地震荷 栽 ; 下结构 ; 地 有效应 力;I   FAC 中 图分 类 号 : U 3  T 45 文 献标 识 码 :   A 一 1 前 言  地下结 构如铁路 、 路隧道 、 公 地下铁道 、 城市地  下 水 暖气 生 命 线 管 道 、 下 通 讯 网络 设 施 等 承 担着  地 重 要 的社 会 功 能 , 旦 在 地 震 中 毁 坏 , 后 果 不 堪  一 其 设 想 。 对 于 地 下 结 构 的破 坏 来 说 , 平 地 震 是 造 成  水 破坏 的 主 要 原 因 L 。 在地 震 水 平 加 速 度 作 用 下 , 】  j   地层 发 生 水 平 振 动 , 由 于 地 层 的 不 均 匀 性 等 因  但 素 , 同深 度 处 的 振 幅 不 同 , 样 就 导 致 地 下 结 构  不 这 顶 底 板 之 间 产 生 相 对 位 移 , 而 在 结构 中产 生很 大   从 的弯 矩 和 剪 应 力 , 得 结 构 破 坏 。但 这 种 理 论 还 不  使 完 善 , 构 的 实 际 破 坏 形 式 并 不 是 典 型 的 剪 切 破  结 坏 , 与 过 大 的竖 向 荷 载 产 生 的破 坏 有 关 。竖 向地  而 震 波 由土 层 进 入 结 构 内部 时 , 由于 反 向等 原 因会 在  般 来 说 , 下 结 构 的抗 震 试 验 研 究 目前 主 要  地 以动力 模 型试 验 为 主 。 主要 有 两 种 方 法 : 是 利 用  一 模拟地震振 动台对地 下结 构 或模 型进 行模 拟 地震  加 载试 验 , 以此来估 计在地震力作用 下地层和结 构  的三维动力特性 。另一种 是将结构模 型埋在现场 ,   观 察模 型 对 地 震 地 层 运 动 或 人 为 产 生 的 地 层 运 动  的振 动 响应 。 虽 然 动 力 模 型 试 验 能 够 提 供 结 构 一   围岩土整 体系统 的动力特征信息 , 是其 仅 限于弹  但 性 范 围 内 而且 忽 略 了 地 层 的 非 线 性 影 响 和 基 岩 的  地 震 地 层 运 动 的传 播 。但 由于 各 种 条 件 的 局 限性 ,   如 结 构 模 型 的选 取 、 域 的合 理 模 拟 、 体 的 非 线  土 土 性特性 以及输 入波和 基岩 的模 拟 等方 面 限制 了试  验研究进一 步开展。   结构 中产生很大 的拉 应力 , 可导致 钢筋混 凝土拉伸  破 坏 。 地 震 宏 观 现 象 也 表 明 , 烈 度 区 , 向地 震   高 竖 运 动 的 影 响 是 明显 的 , 竖 向 地 震 与 水平 地 震 的量  从 值 比较 来 看 , 向地 震 运 动 是 可 观 的l 。但 由 于 相  竖 4 】 对 水 平 方 向造 成 的 破 坏 , 向地 震 的破 坏 效 应 还 比  竖 较少 , 坏 程 度 也 比 较 轻 , 前 没有 引起 人 们 足 够  破 以 的 重 视 。近 十 年 来 人 们 发 现 较 高 的竖 向加 速 度 通   常 伴 随 着 很 大 的水 平 振 动 , 们 认 识 到竖 向地 震 对   人 结 构 的 破 坏 不 容 忽视 。   ? 收 稿 日期 :o20 -3 修 改 稿 ) 2 O —92 (   地 下 结 构 在 地 震 荷 载 作 用 下 的 分 析 方 法 主 要  有整体有限元 分 析法 和子结 构 分 析法 两 种L。前  5 】 者 将 结 构 与 地 基 作 为一 个 系 统 进 行 离 散 , 立 一 个   建 在线性及非线性 范 围内都 可 以求 解 的总体 线 性方  程 组 来 对 地 震 响 应进 行 分 析 ; 者 将 结 构 和 地 基 看  后 作 是不 同 的 子 结 构 , 别 求 出它 们 各 自的 状 态 或 动  分 力 刚度 , 然后加 以综合 。此方法仅 适用于在线 性范  围 内求解 。有 限元 法 能 够 处 理 地 基 的不 均 匀 性 、   各 向 异 性 、 线 性 并具 有 处 理 地 基 的 复 杂 地 形 与 地 质  非 条件 的优 点 , 于 软 件 包 的 局 限 性 , 分 析 是 基 于  由 其 作者简 介 : 国胜 兵 (9 5) 男 , 17 . , 安徽 安庆 人 , 博士 研究 生 , 研究 方 向为饱 和砂 土 的 动力特 性与 数 值模 拟 。   维普资讯 http://www.cqvip.com 20 0

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