基于多屈服面动本构模型的地铁车站三维地震响应分析

摘要

近几十年来，地下结构在能源、交通、通讯、城市建设和国防工程等方面获得了广泛应用。随着工农业生产的发展和城市化程度的不断提高，地下结构的重要性也愈益明显。目前，地下空间已经作为一种资源进行开发。我国大部分地区为地震设防区，地铁结构的抗震设计具有重要的理论意义和实用价值，日益成为工程设计人员所十分关心的重要问题。 本文主要进行了三维地铁结构地震反应的数值分析研究。针对单屈服面本构模型不适合于土的动力分析和计算，而现有通用有限元程序多采用该种本构模型(如DP模型)的现状，基于徐干成等人提出的饱和砂土套叠屈服面弹塑性动本构模型编制动力非线性有限元程序对地铁结构进行地震响应分析。该程序有较好的通用性，能够通过数据交换，利用大型通用有限元程序进行前后处理。 以天津地铁隧道为例，分别采用自编有限元程序及通用有限元软件对双洞口矩形隧道的地震反应进行了非线性时域分析。将基于两种本构模型理论的计算结果进行了对比分析，显示了多屈服面本构模型在地铁结构动力分析中的优越性，并且针对平面二维模型的弊端，分析了三维模型在动力分析计算中所体现出的结构体系的动力特性。为实际工程的计算和设计提供一定的参考和依据。

目录

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第一章绪论

1.1概述

1.2地下结构抗震现状

1.3土动力学研究现状

1.4土体动力本构模型的研究

1.5本文研究的主要内容

第二章多屈服面动本构模型研究

2.1破坏面与屈服面

2.2塑性流动法则及其硬化规律

2.3增量应力应变方程

2.4屈服面在应力空间中的运动

2.5模型参数的确定

2.6孔隙水压力计算模型简述

2.7屈服面和相应弹塑性模量的变化规律

第三章非线性动力有限元分析基本理论

3.1有限元数值模型

3.1.1八结点六面体等参单元

3.1.2三维接触面单元

3.2动力平衡方程的建立及求解

3.2.1动力平衡方程的建立

3.2.3动力平衡方程的求解

3.3边界条件的处理

第四章土与结构相互作用的非线性程序简介

4.1概述

4.2程序简介

4.3程序主要部分的实现

4.3.1初始应力的计算

4.3.2体系质量矩阵的程序实现

4.3.3体系刚度矩阵的程序实现

4.3.4孔隙水压力的计算

4.3.5弹塑性模量的修正

4.4流动液化的判断

4.5小结

第五章地铁车站三维地震响应分析实例

5.1概述

5.2基于自编程序的地铁车站三维地震响应分析

5.2.1工程概况及有限元模型的建立

5.2.2地震波的选择

5.2.3模态分析以及Rayleigh阻尼系数的确定

5.2.4体系动力响应时程曲线分析

5.2.5最大动力响应分析

5.2.6孔隙水压力的分析

5.2.7三维模型沿轴向的应力和位移的变化规律

5.3多屈服面模型与单屈服面模型的比较

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢