截面形式对浅埋隧道抗震性能的影响

摘要

随着城市建设的发展和地下空间的开发,各类地下建筑物大量兴建.而由于缺少足够的基础资料,目前对于这些地下建筑物还没有一种较为成熟的抗震设计方法,我国现行地下铁道抗震规范也不完善.这使得地下结构抗震研究的重要性和紧迫性日益增加,地下结构抗震设计已经成为一个急待解决的问题.隧道抗震研究是一个新兴的、比较前沿的研究领域.本论文选取截面形式对浅埋隧道抗震性能的影响这一课题进行研究,并结合实际工程实例——国道318线海子山至竹巴笼段黄草坪一号隧道和广州地铁一号线烈士陵园至东山口区间隧道进行动力有限元分析.主要做了以下几方面工作:1.对浅埋隧道的震害类型和特点进行了分析,并对地下结构抗震设计理论解析方法和动力有限元理论进行了简介.2.结合黄草坪一号隧道,针对不同瑞利阻尼进行动力有限元分析,比较采用不同瑞利阻尼对动力有限元分析结果的影响.3.针对黄草坪一号隧道和广州地铁一号线烈士陵园至东山口区间隧道,分别采用马蹄形、圆形和矩形三种不同形式截面进行抗震动力有限元分析,在分析中分别采用水平、垂直和斜向上45度三种不同方向加速度进行加载,比较不同形式截面的抗震性能.4.对前面的分析加上静力作用,比较在三种不同方向加速度荷载作用下马蹄形、圆形、矩形三种截面的抗震性能.本论文的研究结果表明,对于浅埋隧道,圆形截面的抗震性能优于马蹄形截面,而马蹄形截面的抗震性能优于矩形.建议修建在高烈度地震区的浅埋隧道尽量采用圆形截面.本文的研究结果对实际工程抗震设计有一定的指导意义.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1地震成因

1.1.1构造地震

1.1.2塌陷地震

1.1.3人工地震

1.1.4地震带分布

1.2隧道震害综述

1.2.1隧道震害类型

1.2.2隧道震害特点

1.3国内外隧道震害研究现状

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究现状

1.3.3计算方法的发展

1.4抗震设防目标

1.5本论文的研究内容和意义

第2章抗震计算理论解析方法简介

2.1 St.John法

2.1.1 F＞20时，隧道屈从地层变形

2.1.2 F＜20时，隧道结构阻止地层运动

2.2 SCRTD法

2.2.1纵向应变(45度剪切波产生)

2.2.2横向应变

2.3 Schukla法

2.4福季耶娃法

2.5反应位移法

2.6南昆法

2.6.1隧道有抗震缝段纵向抗震计算(Schukla公式)

2.6.2隧道无抗震缝段纵向抗震计算(南昆公式)

2.6.3深埋隧道横向抗震计算(改进福氏法)

2.6.4浅埋隧道横向抗震计算(瑞雷波计算法)

第3章动力有限元理论

3.1有限元基本理论

3.1.1有限元基本概念

3.1.2有限元分类

3.1.3有限元解题步骤

3.2动力平衡方程的建立

3.2.1运动方程的建立方法

3.2.2单元运动微分方程

3.2.3质量矩阵

3.2.4阻尼矩阵

3.2.5应变矩阵

3.2.6应力—应变关系

3.2.7刚度矩阵

3.3动力平衡方程的求解

第4章工程实例有限元分析

4.1山岭浅埋隧道

4.1.1 工程概况

4.1.2浅埋段设计截面形式

4.1.3屈服准则

4.1.4计算参数选取

4.1.5计算模型选取

4.1.6截面抗震性能分析

4.1.6截面抗震性能分析 4.1.6.1水平加速度

4.1.6截面抗震性能分析 4.1.6.2垂直加速度

4.1.6截面抗震性能分析 4.1.6.3斜向上45度加速度

4.2地铁区间隧道

4.2.1工程概况

4.2.2计算模型选取

4.2.3截面抗震性能分析

4.2.3截面抗震性能分析 4.2.3.1水平加速度

4.2.3截面抗震性能分析 4.2.3.2垂直加速度

4.2.3截面抗震性能分析 4.2.3.3斜向上45度加速度

4.3考虑静载作用的结果

4.4综合评价

结论与建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的文章