矩形地下车站层间位移角抗震性能限值研究

摘要

我国城市轨道交通结构建设已经进入高潮。但是由于轨道交通结构的功能性限制以及城市活动断层普查工作的滞后性，使得越来越多的地下车站并不能有效避开或者远离地震断层，这样地下车站就会受到强震的影响。
　　地下结构的震害记录表明，地下结构在强震作用下可能会发生严重的破坏。此外，城市轨道交通地下结构造价昂贵，且其一旦发生破坏，除了破坏隐蔽和修复困难外将带来更为严重的直接和间接损失。因此，确保地下车站抗震安全性有着重要的经济和社会意义。
　　本文通过大量的有限元计算及试验数据统计分析，进行层间位移角抗震性能限值的研究。主要研究内容如下：
　　（1）修正动力增量分析。
　　在动力增量分析的基础上，提出修正动力增量分析方法，即把分析分成两步，首先采用等效线性化进行一维土体自由场分析，然后采用反应加速度法进行结构非线性分析。
　　选取结构型式、场地类别、地震波、土层层厚、结构埋深5个影响因素，设置25个工况，进行修正动力增量分析，得到层间位移角动力增量分析曲线。
　　（2）试验数据统计分析。
　　统计美国Peer数据库及近年来国内试验数据，主要包括型钢混凝土柱、钢管混凝土柱、型钢混凝土框架、钢管混凝土框架试验数据。所有试验数据均从混凝土强度、轴压比、剪跨比、含钢量方面进行了数据分布分析。
　　利用数理统计方法对试验数据进行分析，取每组试验数据的平均值减1倍标准差（保证率为84.13％）作为评判结果，得到了各组试验层间位移角限值。
　　（3）根据钢筋混凝土框架弹性及弹塑性变形解构规则，得到框架层间位移角与柱层间位移角的关系，将所有试验数据汇总，得到试验框架屈服点位移角、最大荷载点位移角、极限位移点位移角。
　　（4）综合修正动力增量方法计算结果及试验数据统计分析结果，参照地面各性能点确定原则，得到各性能点层间位移角限值。
　　（5）工程实例分析。
　　选取上海市轨道交通某线地下车站进行实例分析，分别采用E1（小震）、E2（中震）和E3（大震）地震波，进行地下车站结构抗弯、抗剪及变形验算，采用本文得到的各性能点层间位移角限值对其抗震性能进行评价。
　　最后，对全文进行了总结，并对进一步工作的方向进行了简要的讨论。

目录

声明

1 绪论

1.1概述

1.2矩形地下车站震害

1.3矩形地下车站的特点

1.4混凝土柱研究现状

1.5抗震性能指标简述

1.6抗震性能要求

1.7论文研究内容及技术路线

2 层间位移角限值动力增量分析

2.1概述

2.2动力增量分析法简介

2.3修正IDA方法

2.4修正IDA计算流程

2.5计算模型

2.6计算结果分析

2.7本章小结

3 层间位移角限值试验统计分析

3.1试验数据介绍

3.2试验数据分析

3.3柱与框架层间位移角关系推导

3.4本章小结

4 工程实例分析

4.1工程概况

4.2内力及位移计算

4.3层间位移角验算

4.4承载力抗震验算

4.5本章小结

5 结论与展望

5.1主要结论

5.2工作展望

附录A

A.1 一维土体自由场分析

A.2 塑性铰弯矩-转角计算

A.3 土-结构相互作用模型

A.4 层间位移角计算

附录B

B.1 国内型钢混凝土柱位移角试验数据

B.2 国内钢管混凝土柱位移角试验数据

B.3 PEER数据库钢筋混凝土柱位移角试验数据

B.4 型钢混凝土框架层间位移角试验数据

B.5 钢管混凝土框架层间位移角试验数据

附录C

C.1 荷载组合

C.2 《城市轨道交通结构抗震设计规范》承载力验算

C.3 《建筑抗震设计规范》承载力验算

C.4 《铁路隧道设计规范》承载力验算

参考文献

致谢

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