竖井结构初衬及二次衬砌竖向地震响应解析解

摘要

基于弹性地基杆理论建立了考虑竖井结构初衬和二次衬砌竖向地震响应力学模型。将竖井初衬和二次衬砌简化为两根平行的杆,采用均布的弹簧模拟竖井初衬与二次衬砌间的切向相互作用,推导了竖向地震作用下的竖井振动微分控制方程,通过将场地地震自由场位移转换为施加在初衬上的简谐荷载实现了地震动作用施加,结合分布传递函数法基本理论实现了竖井初衬和二次衬砌竖向地震响应快速求解,并通过与有限元数值模拟方法对比,验证了本文解析解的可行性。最后应用该解析解表达式分别从地基弹簧刚度、二次衬砌刚度和竖井外径的角度出发对竖井顶部地震响应开展参数化分析。结果发现:随着地基弹簧刚度增大,初衬顶部的竖向位移响应会略微增大,二次衬砌响应却会减小;二次衬砌刚度的变化对竖井顶部竖向位移响应无显著影响;随着竖井外径的增大,初衬和二次衬砌顶部竖向位移响应均会减小,其中二次衬砌减小更为明显.研究方法和结论可为竖井抗震设计提供一定参考,并为今后竖井的抗震研究提供理论方法和科学依据。