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下沉广场式隧道出入口结构地震动力响应的研究

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变量注释表

1 绪论

1.1 问题的提出(Problem introduction)

1.2 研究目的和意义(Research purpose and significance)

1.3 国内外研究现状(Research Situation)

1.4 研究内容和方法(Research contents and methods)

1.5 本文创新点(Highlights of innovation)

2 下沉广场式隧道出入口结构的力学分类

2.1下沉广场的定义(The definition of sunken plaza)

2.2 城市下沉广场的发展(The development of urban sunken plaza)

2.3 用于地震动力学分析的下沉广场结构形态及分类(The form and classification of underground structure with sunken plaza used for seismic analysis)

2.4下沉广场式地下结构的功能分类(The Function classification of underground structure with sunken plaza)

2.5 小结(Conclusion of this chapter)

3. 下沉广场式隧道出入口结构地震动力响应特性和场地影响因素研究

3.1 基于ANSYS的地下结构有限元直接动力时程分析法(The finimit elementTime analysis method for underground structure based on ANSYS)

3.2 计算模型的建立(The establishment of calculation model)

3.3 有代表模型隧道出入口结构的地震响应特性影响分析(The seismic response of typical model for tunnel structure with Sunken plaza)

3.4 地震强度因素对下沉广场式隧道出入口结构地震响应影响分析(The influence of seismic wave indensity on different seismic response of tunnel structure with sunken plaza)

3.5 岩性对下沉广场式隧道出入口结构的地震响应影响(The influence of rock type on different seismic response of tunnel structure with sunken plaza)

3.6 埋深对下沉广场式隧道出入口结构的地震响应影响(The influence of the buried depth on different seismic response of tunnel structure with sunken plaza)

3.7 小结(The conclusion of this chapter)

4 地下空间形态对下沉广场式隧道结构的地震动力响应影响

4.1 不同下沉广场形状对地下出入口结构的响应影响(The different seismic response of underground entrance structure with different sunken plaza form)

4.2 不同地下通道入口数量的结构响应特性分析(The different seismic response of underground structure with different structure quantities)

4.3 不同地下结构空间形式的结构响应特性分析(The different seismic response of underground structure with different space forms)

4.4 小结(The conclusion of this chapter)

5 三维实际下沉广场式隧道出入口工程结构地震动力响应特征研究

5.1 概述(Introduction)

5.2 数值模型建立(The establishment of the numerical model)

5.3 下沉广场式地下结构各部位的地震动力响应特征分析(The analysis of Seismic dynamic response characteristics of underground structure with sunken plaza)

5.4 小结(The conclusion of this chapter)

6 地震动作用下围岩-地下结构相互作用机理研究

6.1数值模型建立(Numerical model set up)

6.2 地下结构动力响应特征对比(Contrast of underground structure dynamic response characteristics)

6.3 围岩-地下结构系统相互作用及锚固抗震技术研究(Interaction mechanism between surrounding rock and underground structure and anchorage Properties Under Earthquake )

6.4 小结(The conclusion of this chapter)

7 下沉广场式隧道出入口结构的室内相似模型设计及试验研究

7.1 引言(Introduction)

7.2 模型相似化设计(The design of similar model)

7.3 相似模型制作(The physical similar model making)

7.4 相似模拟试验过程及结果分析(The procedure and results of simulation experiment)

7.5 小结(The conclusion of this chapter)

8 结论与展望

8.1 论文主要研究成果(Main Rearch Conclusions)

8.2 展望(Expectation)

参考文献

附录1

附录2

附录3

作者简历

学位论文数据集

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摘要

随着地下空间的大量开发,地下结构的建设越来越多,由于地下结构在地震过程中受到围岩介质的约束作用,一直被认为有较好的抗震性能。但全世界多次震害现象显示,地震作用下,现有的地下结构并不安全,甚至会发生严重破坏,尤其是处于地层约束较弱的洞口浅埋地段,以及大断面结构,破坏发生的概率一般较高。复杂的下沉广场式地下结构,近几年大量的开发和利用于地下建筑以及交通枢纽中,出入口部位是地下工程的咽喉部位,但目前对其抗震机理和抗震性能的研究极少,也并没有系统地抗震设计指导规范。 本文结合有限元ANSYS瞬态动力时程分析法和室内相似模型的振动台试验,对下沉广场式地下结构出入口部位的地震响应机理和规律进行了研究,同时考虑了地震激励输入方向、地震强度、岩性、埋深、下沉广场形状、地下结构的空间形态等因素对其动力响应特点的影响规律,在此基础上,分析了复杂下沉广场式地下结构的空间动态响应特征分布规律及稳定性安全评价,并进一步研究了围岩介质和结构体二者的力学相互作用对地下结构动力特性的影响机理。 首先,通过分析总结现有下沉广场的尺寸特性、形态特性和功能特性,提出了用于下沉广场式隧道结构力学研究的六种典型下沉广场形式和三种代表类型为开展下沉广场式隧道结构的动力学响应特性和机理研究提供了基础。 随后,对有代表性的下沉广场式隧道出入口结构进行三维瞬态时程分析,得到了不同入射方向的地震激励下,结构的应力、位移及加速度时程响应特征。可以看出,不同的地震方向引起结构不同的地震响应,入射方向上的应力分量决定了地下结构的受力分布特征,竖向地震影响的范围较小,但引起的极值也较大,在分析地下结构的地震动力响应影响时,应考虑竖向地震的影响。 其次,用代表模型分析了主要相关因素对下沉广场式隧道出入口结构的地震动力响应影响规律。研究表明,地震烈度的提高,会增大结构尤其是应力集中区域的动力响应、结构层间错动以及加速度差值的放大效应;随着岩性的提高,地下结构变形减小,但应力增大,岩性还引起地下结构明显的行波效应;埋深较浅时,结构高度上的水平位移差值较小,但结构的加速度放大效应更明显;不同的下沉广场形状和隧道数量均会对地下结构的地震动力响应产生不同的影响,隧道结构空间长度的变化以及横截面的变化,会导致地下结构抗震薄弱部位的重分布,影响地下结构的动力稳定性。 结合工程实例,建立一致粘弹性人工边界条件下的下沉广场式地下结构的三维空间模型,得到的空间结构整体动力学特性进一步验证了提出的代表性模型正确性,同时对结构抗震薄弱部位、层间位移差值和加速度极值差值等进行分析, 得到了地下结构的空间动力稳定性、变形特性以及地震作用下的结构安全性评价。 在此基础上,考虑岩土体-地下结构非线性相互作用的影响,计算得到了地下结构动力响应特征及分布规律的变化,通过分析非线性接触状态和接触应力分布,初步解释了围岩-地下结构相互耦合作用的影响机理。 最后,设计了基于电动振动台试验系统的相似物理地震模型,得到了水平地震激励下不同埋深时下沉广场式地下结构的加速度和变形规律,结果与数值模拟规律相似,说明相似模型及相似模拟试验是可行的,也验证了数值模拟方法和结果的合理性。

著录项

  • 作者

    周玉;

  • 作者单位

    中国矿业大学;

    中国矿业大学(江苏);

  • 授予单位 中国矿业大学;中国矿业大学(江苏);
  • 学科 桥梁与隧道工程
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 宋宏伟;
  • 年度 2016
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 地下建筑;
  • 关键词

    下沉广场; 隧道; 出入口结构;

  • 入库时间 2022-08-17 10:55:56

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