矩形地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的擬靜力解析解.pdf

1、自1995年日本大開(kāi)地鐵車(chē)站在阪神地震中遭受了嚴(yán)重破壞后，隨著各類(lèi)地下空間及結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)和興建，地下結(jié)構(gòu)的抗震研究日益蓬勃發(fā)展和受到重視。由于近年來(lái)計(jì)算技術(shù)的飛速提高，研究中以有限元法和有限差分法為代表的各種數(shù)值分析方法得到了廣泛應(yīng)用，目前能解決很多復(fù)雜且難度較高的實(shí)際問(wèn)題。然而，數(shù)值分析方法有其局限性，比如它們無(wú)法以顯式表達(dá)析出影響結(jié)構(gòu)反應(yīng)的主要因素。由于與眾多的次要因素混雜在一起，使得結(jié)構(gòu)工程師和分析研究人員難以了解和掌握主要因素究竟

2、是如何影響結(jié)構(gòu)受力和變形的，不利于結(jié)構(gòu)的概念性設(shè)計(jì)。解析法，因能抓住主要影響因素且能顯式反映變化規(guī)律及趨勢(shì)，在數(shù)值法大行其道的當(dāng)今，仍是具有吸引力的一種方法。本文的工作即是利用解析法開(kāi)展對(duì)矩形地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算研究。
　　橫截面為矩形的地下結(jié)構(gòu)在水利和交通工程中多有應(yīng)用，典型的如地鐵車(chē)站、大型鋼筋混凝土輸水管道等。目前，針對(duì)這類(lèi)地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算解析解較少，而對(duì)無(wú)限域中圓形、橢圓形等截面的地下結(jié)構(gòu)，基于不同的方法給出的解析

3、解形式較多，相對(duì)較成熟。這是由于在截面直角角緣處設(shè)計(jì)變量雖連續(xù)但不可導(dǎo)，造成了數(shù)學(xué)上的處理困難。當(dāng)前的研究現(xiàn)狀是，在受到豎向傳播的SV波水平剪切應(yīng)力作用下，矩形地下結(jié)構(gòu)的地震內(nèi)力及變形雖由Huo等人(2006)給出了擬靜力法閉合解析解，但求解時(shí)土-結(jié)構(gòu)接觸面上的剪應(yīng)力符號(hào)采用及所得結(jié)果值得商榷。另一方面，近年來(lái)，世界范圍內(nèi)的近斷層強(qiáng)震記錄表明，由地震P波產(chǎn)生的豎向分量比較顯著而不容忽視，但對(duì)其作用下矩形地下結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的有關(guān)解析解答，至

4、今未見(jiàn)報(bào)道。
　　本文以深埋方形和矩形地下結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，基于擬靜力法，采用平面彈性力學(xué)復(fù)變函數(shù)理論，考慮土與結(jié)構(gòu)間的相互作用，分別推導(dǎo)出無(wú)限域中無(wú)限遠(yuǎn)處作用有地震SV波水平剪切應(yīng)力和P波壓縮應(yīng)力時(shí)結(jié)構(gòu)位移和內(nèi)力的解析解。方法的有效性及結(jié)果的正確性通過(guò)算例進(jìn)行了驗(yàn)證，并與數(shù)值解答進(jìn)行了比較。算例表明，本文方法具有較高的精度與可靠性，內(nèi)力計(jì)算公式形式簡(jiǎn)單，便于抗震設(shè)計(jì)初步估算地震作用效應(yīng)時(shí)采用。最后，對(duì)本文研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了歸納總結(jié)，并