城市地下结构抗震延性分析及地下空间安全管理

摘要

城市地下空间已经成为城市正常生活的重要组成部分，由于它们承载着大量的人流和物流，一旦发生灾害事故，将给灾害应急救援和灾后恢复工作带来极大的困难。出于城市防灾减灾的要求，城市地下结构的抗震性能和地下空间安全管理的研究越来越受到人们的重视。本文主要内容可以分为两部分：第一部分主要分析了地下停车场结构在水平地震作用下的非线性动力响应规律，提出了地下结构抗震延性性能的评估方法；第二部分以整个地下空间为研究对象，主要分析了我国城市地下空间安全管理方面存在的问题，并提出了相应的对策措施。本文所作的具体工作和研究成果如下：
　　 1、选择典型的浅埋地下停车场结构作为研究对象，重点分析了地下结构在不同地震作用、不同结构埋深情况下，地下结构的非线性地震反应规律，得到了结构的动力特性和破坏机理；
　　 2、在水平地震作用下，整个地下停车场结构和周围土体随地震做往复剪切运动；地下结构的最大主应力在中柱与底板、顶板相交处应力峰值最大，其次是楼板与侧墙相交的角隅、梁板与柱子相交的节点和侧墙底部角隅等部位；
　　 3、随着地下结构埋深的增加，在水平地震作用下，地下停车场结构顶部和底部间的水平相对位移逐渐递增；地下结构水平相对位移的增加，导致结构梁柱、墙板交接处和墙底角隅等部位内力也明显增加；
　　 4、定义了地下结构的动力超载系数和延性系数，对地下停车场结构的超载能力及延性性能进行了定量分析，为评价地下结构在大震下的抗震性能提供参考；得出地下停车场结构本文计算模型在南京人工波（NJ波）作用下的动力超载系数和整体延性系数分别为2.7、2.3；
　　 5、关于城市地下空间安全管理，讨论总结了包括地震灾害在内的可能出现的多种灾害情况，分析了我国城市地下空间安全管理方面存在的问题，提出了实施城市地下空间安全综合管理的观点及相应的对策。
　　 本研究受建设部项目“市政基础设施工程抗震设防管理研究”课题资助，研究内容为该课题研究的一部分。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 地下结构抗震研究的发展和现状

1.2.1 地下结构抗震的简化分析法

1.2.2 地下结构抗震的数值模拟方法

1.3 地下空间安全管理理论研究现状

1.3.1 综合防灾减灾研究

1.3.2 二元化管理研究

1.3.3 全过程安全管理研究

1.4 本文的研究目的、意义和主要工作

1.4.1 本文研究的目的、意义

1.4.2 本文的内容和主要工作

第二章 土-结构相互作用体系动力有限元分析理论

2.1 动力有限单元法的理论基础

2.1.1 动力平衡方程的建立

2.1.2 阻尼理论

2.1.3 动力平衡方程积分方法

2.2 土-地下结构相互作用体系非线性理论

2.2.1 土体材料非线性理论

2.2.2 钢筋混凝土材料非线性理论

2.2.3 接触非线性理论

2.3 基于ANSYS的有限元模拟理论

2.3.1 动力人工边界

2.3.2 单元和网格划分

2.3.3 地震波的选取与调整

第三章 城市地下结构罕遇地震下的动力响应分析

3.1 前言

3.2 有限元模拟的步骤

3.3 地下停车场结构计算模型

3.3.1 工程概况

3.3.2 三维问题的二维等效计算

3.3.3 有限元模型及计算参数

3.3.4 静力计算及结果分析

3.4 罕遇地震作用下结构动力响应

3.4.1 位移响应分析

3.4.2 加速度响应分析

3.4.3 应力响应分析

3.5 埋深对结构动力响应的影响

3.5.1 位移响应分析

3.5.2 加速度响应分析

3.5.3 应力响应分析

3.6 地下结构的超载能力及延性分析

3.6.1 地下结构破坏的判断标准

3.6.2 超载系数及延性系数的定义

3.6.3 地下停车场结构超载及延性评价

3.7 小结

第四章 城市地下空间安全综合管理分析

4.1 前言

4.2 地下空间安全管理及其发展

4.3 地下空间安全管理存在的问题

4.3.1 管理主体部门化

4.3.2 信息资源不共享

4.3.3 政策法规不配套

4.3.4 安全管理观念陈旧

4.4 地下空间安全综合管理对策分析

4.4.1 专设管理协调机构

4.4.2 完善地下空间立法

4.4.3 建立综合防灾减灾体系

4.5 小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间发表的论文

致谢