地下結(jié)構(gòu)地震作用的簡化分析方法研究.pdf

1、隨著地下結(jié)構(gòu)建設(shè)的飛速發(fā)展，地下結(jié)構(gòu)工程師不僅面臨眾多的地下結(jié)構(gòu)靜力設(shè)計(jì)問題，同時(shí)也面臨著抗震設(shè)計(jì)問題。目前，利用大型商業(yè)軟件對地下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力時(shí)程分析及模型試驗(yàn)研究已開展較多，但其研究成果還較難應(yīng)用于實(shí)際的地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)之中。同時(shí)，我國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范還處于研究、發(fā)展階段。因此，建立一套便于工程應(yīng)用的簡化抗震設(shè)計(jì)方法是十分必要的。本文首先從地下結(jié)構(gòu)擬靜力解析解方面著手，采用彈性解析解的方法探討了自由場變形與地下結(jié)構(gòu)變形之間的相互關(guān)系；然后

2、，采用數(shù)值模擬的方法，對自由場與地下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了地下結(jié)構(gòu)簡化設(shè)計(jì)方法的基本思路，在此基礎(chǔ)上，基于子結(jié)構(gòu)法分別對反應(yīng)位移法、靜力有限元法進(jìn)行了理論推導(dǎo)及方法改進(jìn)；最后，介紹了地下結(jié)構(gòu)彈塑性分析方法并對地下結(jié)構(gòu)擬靜力實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬。本文主要研究工作及研究成果如下：
　　1.基于解析解的自由場與地下結(jié)構(gòu)變形擬靜力關(guān)系研究
　　基于平面彈性復(fù)變函數(shù)理論分別對圓形地下結(jié)構(gòu)和矩形地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬靜力解析求解

3、，明確了地下結(jié)構(gòu)擬靜力解析求解的基本方法。同時(shí)，對Wang、Penzien、Bobet、Park和 Huo的方法進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并探討了接觸條件和泊松比對地下結(jié)構(gòu)變形系數(shù)的影響。
　　2.自由場與土-地下結(jié)構(gòu)散射場關(guān)系研究
　　采用數(shù)值模擬的方法，研究了P波和S波作用下，含地下結(jié)構(gòu)散射場及相應(yīng)的自由場的動(dòng)力反應(yīng)，對比分析了地下結(jié)構(gòu)頂板與底板相對位移及自由場相應(yīng)位置處相對位移最大時(shí)刻對應(yīng)的加速度、應(yīng)力等動(dòng)力特征及整個(gè)時(shí)程的最大

4、值的特征規(guī)律。通過這些動(dòng)力特征分析，找出自由場與土-地下結(jié)構(gòu)散射場二者的動(dòng)力特性之間的聯(lián)系，并以此探討了地下結(jié)構(gòu)簡化抗震設(shè)計(jì)方法的可行性及研究方法。
　　3.反應(yīng)位移法理論推導(dǎo)及改進(jìn)
　　基于子結(jié)構(gòu)法對反應(yīng)位移法的原理進(jìn)行了理論推導(dǎo)，提出了地基彈簧系數(shù)的多種求解方法并對地震荷載（剪應(yīng)力、土層位移差等效荷載以及慣性力）的求解方法進(jìn)行改進(jìn)，通過算例對改進(jìn)的反應(yīng)位移法與規(guī)范中的反應(yīng)位移法和整體動(dòng)力時(shí)程分析方法進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了改

5、進(jìn)反應(yīng)位移法的實(shí)用性。
　　4.靜力有限元法理論推導(dǎo)及改進(jìn)
　　基于子結(jié)構(gòu)方法對靜力有限元方法進(jìn)行了理論推導(dǎo)，對現(xiàn)有的靜力有限元方法（強(qiáng)制邊界位移法、反應(yīng)加速度法、反應(yīng)應(yīng)力法）進(jìn)行了對比研究，提出了靜力有限元計(jì)算模型，并驗(yàn)證了該方法的實(shí)用性。
　　5.地下結(jié)構(gòu)彈塑性簡化分析方法
　　采用地基剛度衰減的方法，對規(guī)范中反應(yīng)位移法、改進(jìn)反應(yīng)位移法以及靜力有限元法在土體彈塑性條件下的計(jì)算結(jié)果與動(dòng)力時(shí)程方法進(jìn)行對比，驗(yàn)證了