既有地铁车站结构受隧洞穿越影响的抗震性能分析

摘要

目前,国内对地下结构动力性能的研究相对滞后,特别是不断出现的地铁隧道相互穿越工程的抗震问题。
　　 本文结合首都南水北调双输水隧洞穿越地铁五棵松车站的工程实例,基于部分现场数据与监测资料,采用理论分析和数值计算的方法,较为系统地对既有地铁车站结构受隧洞穿越影响的抗震性能进行了研究,揭示了既有车站结构受穿越隧道影响下的一些抗震动力学机理,为进一步合理地改进和优化地铁隧道等地下结构的设计和施工、地下结构抗震设计规范的制定提供一定的参考和依据。主要研究内容和成果如下:
　　 (1)对近年来地铁车站的震害状况、特点与动力响应特性及研究动态进行了综述:对地下结构抗震分析的理论研究方法进行了简述；概述了目前应用于地铁地下结构的抗震减振措施；简述了三维动力有限元计算理论、土与结构相互作用的数值模型以及运动方程的求解过程；归纳和总结了土体本构模型的优缺点和适用范围。
　　 (2)以南水北调双输水隧洞穿越地铁五棵松车站为背景,建立了数值分析模型,简述了分析模型参数的选取,考虑土一结构相互作用,以动力有限元方法为手段,忽略施工过程和加固的影响,对既有地铁车站受输水隧洞穿越前后的抗震问题进行了初步分析研究,得到了一些有意义的结论。
　　 (3)研究了在一定埋深下,输水隧洞间距对地铁车站抗震性能的影响。
　　 (4)指出了既有地铁车站受隧洞穿越抗震分析的必要性,认为在设计和施工输水隧洞时应充分考虑既有地铁车站的应力和位移增长量情况,以此来保证地铁车站结构和正常运营的安全性；提出地铁地下结构设计和施工应遵循的两个准则,即应力控制准则和位移控制准则。应力控制准则控制既有地铁车站结构受新建结构物穿越时的应力增长量,使应力增长量保持在一定水平；位移控制准则使结构构件两端的相对位移在隧洞穿越后保持在一定水平。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 选题背景及研究的目的和意义

1.2 地震破坏现象、特点及动力反应特性

1.2.1 破坏现象

1.2.2 动力破坏特点

1.2.3 动力反应特性

1.3 相关理论研究现状

1.3.1 地下结构抗震的拟静力法

1.3.2 抗震的数值分析方法

1.4 人工边界

1.4.1 截断边界

1.4.2 粘性边界和粘弹性边界

1.4.3 透射边界

1.4.4 一致人工边界

1.5 抗震减振措施

1.6 地铁地下结构抗震亟待解决的问题

1.7 本文主要研究内容

第2章 动力有限元基本理论

2.1 引言

2.2 动力有限元方程及其基本解法

2.2.1 动力有限元方程

2.2.2 结构动力响应

2.3 土与结构相互作用

2.2.1 地下结构-围岩相互作用

第3章 模型参数选取

3.1 工程概况

3.2 本构关系的选择

3.3 地震波的选取与调整

3.4 土体截取范围

3.4.1 基本假定

3.4.2 监测点布置及工况定义

3.4.3 结果分析

第4章 隧洞穿越前地铁车站平面分析

4.1 荷载-结构法简介

4.1.1 荷载结构法基本假定

4.1.2 荷载类别

4.2 车站矩形断面描述

4.3 模型建立与结果分析

4.3.1 静力计算

4.3.2 动力计算

第5章 隧洞穿越前后地铁车站三维分析

5.1 模型建立

5.1.1 上体的截取范围

5.1.2 单元选取

5.1.3 边界条件选取

5.1.4 荷载类型

5.2 监测点布置

5.3 静力效应分析

5.4 模态分析

5.5 动力时程分析

5.6 本章小结

第6章 输水隧洞间距对地铁车站抗震性能的影响

6.1 研究背景

6.2 模型建立

6.3 结果分析

6.3.1 车站结构的影响分析

6.3.2 地表的响心分析

6.4 分析结论

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢