地铁车站结构地震动力响应有限元时程分析

摘要

地铁工程作为解决现代城市交通问题的重要手段，是生命线工程的重要组成部分，随着地铁车站数量的增加和震害的频繁出现，地铁车结构抗震问题日益受到各国地震工作者的重视。本文重点研究地铁车站结构的地震响应，同时，对地震响应有限元分析过程中亟待解决的一些问题进行研究与探讨。
　　本文以某市某地铁车站为研究对象，通过ANSYS有限元软件，建立二维有限元模型，对地铁车站进行地震动响应分析，论文的主要工作如下:
　　(1)对地基范围的取值进行分析，结果表明，当地基范围取为十倍结构底宽时，在节约大量储存空间和运算时间的同时还具有较好的精度。
　　(2)本文利用有限元法，比较了固定边界、粘性边界和粘弹性性边界的精度。算例表明，粘弹性边界充分考虑了地基弹性恢复，因此结果相对更加准确。
　　(3)对比分析了地铁车站结构在输入不同地震动特性、不同地震动输入方式等条件下的地震响应特性及自由场地的地震反应。
　　(4)研究了围岩类别、结构弹性模量及覆盖土层厚度等不同影响因素对地铁车站结构地震响应的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 国外研究背景和现状

1．1．2 国内研究背景和现状

1．2 地铁车站结构的地震响应

1．2．1 地铁车站结构在地震作用下的反应特点

1．2．2 地铁车站结构和地上建筑抗震的区别

1．2．3 地铁车站结构的破坏因素

1．3 地铁车站结构抗震研究方法简述

1．4 本文的研究工作

1．5 本文的研究路线

2 动力有限元法基本理论

2．1 动力学分析的有限元方法

2．1．1 动力平衡方程的建立

2．1．2 动力平衡方程的求解

2．2 阻尼理论

2．3 土体与结构的本构关系

2．3．1 结构的线弹性本构关系

2．3．2 土体的本构关系

2．3．3 接触的本构关系

2．4 地震波的选取和输入

2．4．1 地震波的选取

2．4．2 地震波的输入

2．5 本章小结

3 地铁车站结构地震响应模型研究

3．1 土体与地铁车站结构有限元模拟

3．2 有限元网格的划分

3．3 侧向边界截取范围

3．3．1 基本原则

3．3．2 算例分析

3．4 人工边界的选取

3．4．1 粘性边界

3．4．2 粘弹性边界

3．4．3 人工边界在ANSYS中的实现

3．4．4 算例分析

3．5 本章小结

4 地震动特性与输入方式对地铁车站结构地震响应影响分析

4．1 工程概况

4．2 计算模型及假定

4．2．1 计算模型

4．2．2 基本假定

4．3 地铁车站结构在不同地震动输入方式下响应分析

4．3．1 应力分析

4．3．2 位移分析

4．4 地铁车站结构在不同地震动特性下响应分析

4．4．1 应力分析

4．4．2 位移分析

4．5 自由场地的地震响应分析

4．5．1 位移分析

4．5．2 加速度分析

4．6 本章小结

5 场地和结构特征对地铁车站结构地震响应影响分析

5．1 围岩类别对地铁车站结构地震响应的影响

5．1．1 应力分析

5．1．2 位移分析

5．2 结构弹性模量对地铁车站结构地震响应的影响

5．2．1 应力分析

5．2．2 位移分析

5．3 覆盖土层厚度对地铁车站结构地震响应的影响

5．3．1 应力分析

5．3．2 位移分析

5．4 本章小结

6 结论及展望

6．1 结论

6．2 研究展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢