临近重要建筑物的地下结构抗震时程分析
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地下室的抗震与结构安全分析一、背景介绍地下室作为现代建筑的重要组成部分,在城市建设中扮演着重要的角色。
然而,由于地下室处于地下,容易受到地震和其他自然灾害的影响,因此地下室的抗震与结构安全问题备受关注。
本文将对地下室的抗震与结构安全进行分析,并提出一些相应的解决方案。
二、地下室结构的特点1. 深埋地下:地下室位于地下,深埋的特点使其受到地震力和土壤侧压力的影响,增加了其抗震与结构安全的挑战。
2. 多层承重:地下室一般由多层组成,每层都需要承受自身的重力和上方楼层的荷载,因此地下室结构必须具备足够的承载能力和稳定性。
三、地下室的抗震设计原则1. 抗震设计:应根据地下室的使用功能、地震区域等因素进行合理的抗震设计,包括选择适当的地基类型、增强结构的抗震能力等。
2. 结构选择:地下室的结构选择对其抗震性能具有重要影响,常见的结构形式包括框架结构、剪力墙结构和桩基等,需要根据实际情况进行合理选择。
3. 加固措施:对于存在结构缺陷或老化的地下室,应加强加固措施,提高其整体抗震性能。
4. 安全疏散:地下室的安全疏散通道和紧急出口设计也是确保结构安全的重要环节,应保证人员疏散的畅通性和安全性。
四、地下室的结构安全评估1. 定期检查:对地下室进行定期的结构安全检查,特别是对患有裂缝、漏水等问题的地区,加强监控和维护。
2. 结构监测:可以利用传感器等技术手段对地下室的结构运行情况进行监测,实时掌握其变化情况,及时发现潜在问题。
3. 模拟分析:利用现代结构分析方法,如有限元分析等,对地下室的结构进行模拟分析,评估其抗震性能和结构安全性。
五、地下室的抗震与结构安全加固方案1. 加固地基:对于地下室所在地基的巩固和加固,可以采用注浆、加固桩等技术手段,提高地基的稳定性和抗震能力。
2. 加固墙体:对于地下室的墙体结构,可以采用加固筋、钢板绑定等方法,提高其抗震能力和稳定性。
3. 增加剪力墙:对于地下室的结构设计,可以增加剪力墙结构,提高整体的抗震性能。
对地下建筑结构实用抗震分析方法研究摘要:在建筑科技迅速发展的当代,地上建筑结构的抗震理论日益成熟,相比之下地下建筑结构抗震的研究相对滞后,也逐渐有人关注和深入研究地下建筑结构的地震效应,对此领域也出现了仁者见仁智者见智的百家争鸣之态,每种理论都有各自的立足点,当然也不乏不足之处待以完善。
本文就当下几种地下建筑结构抗震的分析办法进行阐述和总结,希望可以带动更多的人对地下建筑结构的抗震分析引发更深的思考。
关键词:抗震;地下建筑;周围土体随着我国经济的迅速发展,地下结构工程也逐渐步入正轨,形成一套严密的体系。
一般来说,地下建筑结构能避开地面结构的一些缺陷,例如外界环境影响减弱,建筑的刚度也较大,这并不意味着地下结构工程可以永远避免地震等意外的发生,并且由于目前国内对于地下建筑结构实用抗震策略研究的层次较浅或者说研究成果较少,一旦发生地震,那么地下建筑将会受到巨大破坏,并且在灾后也不能给出及时的补救办法,造成更大的财力人力损失。
因此,我们需要加强对这方面的研究,使地下建筑结构抗震的研究速度能够跟上地下建筑工程的发展速度。
本文首先分析了近年来国内外抗震分析办法的发展并对具体的方法做出阐释,同时研究了地下结构工程抗震反应的特点,结合这两方面的内容,笔者提出了一些自己的想法,以期推进我国地下建筑结构实用抗震研究进程献。
1.地下建筑结构工程地震特性地震发生时,地下结构显示出来的特性主要有以下几点:首先,地下建筑结构的振动应变和地震的加速度联系较小;其二,周围地基的约束会对结构的振动产生很大影响,反之,地下建筑的振动对周围地基的影响较小;其三,地震发生时,地面建筑结构的各点相位差别不大,但是地下建筑结构的各点相位差别就会比较明显;其四,虽然地下建筑结构和地面建筑结构和周围地基的相互作用都会严重影响其动力反应,但是具体程度和方式都是不尽相同的;最后,地震波的入射方向也会影响结构的变化,即使入射方向只改变一点,但对于地下建筑结构来说,其应力会有很大改变,变形严重。
地下结构震害及抗震分析方法综述安腾【摘要】At present, China has begun to develop underground space, especially the subway projects. Usually, the underground structure has good seismic performance, and relatively few earthquake disasters. But if the underground structure is damaged by the earthquake, it will cause serious damage and cannot be repaired. This paper mainly introduces the seismic hazard characteristics of underground structures and compared the methods of seismic analysis of underground structures, such as the reaction displacement method, free field deformation method and so on.%目前,我国开始大力发展地下空间,尤其是地铁工程.通常情况下,地下结构具有良好的抗震性能,地震灾害相对较少.但是地下结构一旦遭受地震破坏,将会带来严重损失并且难以修复.本文主要介绍了地下结构的地震灾害特征以及常用的地下结构抗震分析方法.并且对比分析了反应位移法、自由场变形法和地震系数法等的特点以及不足.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2018(037)011【总页数】2页(P244-245)【关键词】地下结构;地震灾害;抗震性能;反应位移法【作者】安腾【作者单位】榆林学院,榆林719000【正文语种】中文【中图分类】TU930 引言随着现代城市的不断发展与人口的迅速增长,人类对生活空间的需求也不断扩大,地下结构的不断发展便是其真实写照。
地下室结构的抗震设计分析一、几种主要的地下结构抗震设计方法1、静力法。
把地震作用当作等效的静力荷载进行抗震计算。
它通常应用于地下管线、洞道的横截面抗震设计,它把地震时的土压力和结构物以及结构物以上覆土层作为外力考虑。
这种方法的缺陷在于没有考虑土层与结构各自的振动特性及其相互间的关系。
2、反应位移法。
70年代,日本学者从地震观测入手,提出了地下线状结构抗震设计的反应位移法。
其基本原理就是用弹性地基上的梁来模拟地下现状结构,把地震时地基的位移当作已知条件作用在弹性地基上,以求解在梁上产生的应力和变形,从而计算地下结构(隧洞、管道、竖井等)地震反应,公式可以简化为拟静力计算公式,K{U}=Ks{Ug}。
式中的矩阵K包括地下结构的刚度Kt和地基抗力Ks。
本方法的关键是确定地基变位{Ug}和抗力系数Ks,通常将Ks取为对角阵,则Ks相当于文科尔弹簧常数或地基土介质的弹簧常数。
这种方法的理论基础是基于地震时支配地下结构地震反应的地基变形而不是结构物的惯性力。
近年来,大多数地下结构,尤其是地下管线都把这种方法作为其抗震设计方法。
但是,这种方法把不规则地震波的传播看作为同一周期和同一方向的地震波,从而与实际相去甚远;另外该法只适用于线形地下结构的抗震研究,用于大断面地下结构的抗震分析时需要进一步探讨、完善和修改。
3、动力反应分析法。
主要适用于结构物形状和地质条件比较复杂时的地下结构抗震反应分析。
它是采用有限元理论,将地震记录直接输入结构模型求得结构的动力反应。
这种方法不仅可以求得结构受地震作用时反应的最大值,而且也可以观察到结构反应的全过程,同时也使结构的弹塑性反应分析成为可能。
动力反应分析法又可细分为两种:一种是考虑土和结构的相互作用;另一种是不考虑土和结构的相互作用。
前者将土与结构当作由一定的边界条件联系起来的整体系统来考虑,后者即不考虑结构的存在,把自由场的地震位移反应当作相应的结构地震位移反应。
这种方法适用于任意的地下结构类型,同时考虑地基土的具体性质和结构的非线性,缺点是应用不便,难以得到规律性的结论,且其结果需要得到实验或理论解析的验证。
地下结构工程抗震的研究现状及其分析方法摘要随着地下工程的大量兴建和地震自然灾害的频发,地下结构工程的震害问题越来越受到人们的重视。
文章根据地下结构工程抗震的研究背景,对国内外在隧道及地下工程抗震减震研究分析方面的成果进行了归纳总结,指出了各自存在的优势及局限性。
最后简单阐述了地下结构抗震反应的特点,结构破坏的主要特征及提高结构抗震的措施,并提出了自身对今后该领域研究发展方向的看法与思考。
关键字:地下结构,抗震,现状研究,分析方法1 研究背景地震是自然界一种常见的自然灾害。
过去,由于地下结构数量和规模的限制,其震害事例较少,加之地下结构受到周围地层的约束,即使发生地震其震害程度也相对较轻。
因此人们普遍认为地下结构有较好的抗震能力,在地震作用下不易遭受破坏,故地下结构的抗震研究长期未得到重视。
然而,随着地下空间的开发和地下结构建设规模的不断扩大,地下结构也相继出现了各种震害。
1923 年日本关东7. 9 级大地震,震区内116 座铁路隧道,有82 座受到破坏;1952 年美国加州克恩郡7.6 级的地震造成南太平洋铁路的四座隧道损坏严重,1978 年日本伊豆尾岛发生7.0 级地震,震后出现了横贯隧道的断裂,隧道衬砌出现了一系列破坏。
特别是1995 年,日本阪神大地震对神户市的地铁线路造成严重破坏,它也是世界范围内大型地下结构遭受最严重破坏的首例。
阪神地震给地铁结构造成的严重破坏及由此带来巨大的生命和财产损失,引起了世界各国对地下结构抗震设计和研究的重视。
我国地处地震带之间,地震活动频繁。
1999 年9 月21 日,我国台湾省台中地区发生了里氏7 . 3 级地震,台中地区57 座山岭隧道有49 座受到不同程度的损坏;200 8 年汶川特大地震中,根据四川省交通厅公路规划勘察设计研究院的调查统计,四川地区共有56 条隧道受到不同程度的损坏,损坏程度如图所示:[1]图1 地震中公路隧道受损评估统计结果根据国内外学者大量的研究结果,地下结构震害类型及原因可归纳为以下四类[2-3]: 第一类是由断层所引起,造成地层的错动和位移,致使地下结构遭到严重破坏。
浅谈地下建筑结构的抗震问题摘要:地下结构一直被认为具有良好的抗震性能。
然而,近年来的地震震害表明,在地震作用下,地下结构同样会出现较为严重的破坏。
分析了地下结构不同于地上结构的动态反应特性;归纳分析了地下结构抗震性能的研究手段以及主要的抗震设计方法;总结了提高地下结构抗震性能的措施;并对地下结构抗震性能的研究进行了展望。
关键词:地下结构L;抗震;土—结构共同作用1.引言随着全世界人口的增长以及社会经济的发展,地上建筑物、交通设施等已经不能满足人类的使用要求,大力发展地下结构已是大势所趋。
近年来,地下结构在能源交通、通讯、城市建设和国防工程等方面得到广泛的应用,它对提高城市综合抗灾能力和缓解城市诸多矛盾方面起到了积极作用。
[1]地震对地面结构所造成的破坏是人所共知的,地面结构的抗震研究也达到实用阶段,各国已制订了各种地面结构物的抗震设计规范。
但对地下结构的地震破坏却知之不多,地下结构的抗震研究才刚刚开始,现在还没有地下结构抗震设计的规范。
由于长期以来,人们普遍认为地下结构的数量较少,地下结构的抗震性能又优于地面建筑。
因此,对地下结构的抗震设计没有充分重视。
但是在1995年日本阪神大地震中,各种地下结构和地下设施均遭受到严重的破坏,其中大开站(DAIKAI)和上尺站(KAMISAA)遭到彻底的破坏,造成地铁上方的国道路基大量塌陷,有的塌陷深度达15m,致使日本南部交通瘫痪。
[2]历史上其它国家也曾多次发生过地下结构在地震中被破坏的事故,这里不再详述。
面对越来越多的地下结构,有必要对其进行系统全面的研究,以充分认识其抗震性能,并在结构设计中重视抗震设计。
2.地震作用下地下结构动态反应特性地下结构在地震作用下,由于周围岩土介质的存在,会发生不同于地面结构的响应。
地震以地震波的形式传播能量,当地震波从基岩传入场地时,土壤介质在地震波的作用下,会产生运动(通常是放大作用),同时将运动传递给地下结构。
对于小断面地下结构,在动力荷载作用下,土—结构相互作用可以忽略,此时地下结构随自由场土介质一起运动,因而动应力较小。
地下建筑结构抗震性能分析【摘要】随着经济的不断发展和城市化的不断推进,我国对于地下建筑结构抗震性的要求越来越高。
虽然与地上建筑建筑的结构相对比,地下建筑结构的抗震性能比较优越而且震害比较少,但是我国的地下建筑结构的抗震设计理念与西方的一些发达国家相比较还处在比较落后的阶段,还有很多不完善的地方。
本文将对地下建筑结构的抗震性能进行深入的研究和分析,以期能够引起更多的科技人员关注地下建筑建构的抗震性能【关键词】地下建筑;抗震性能;分析改革开放以来,国家更加重视对地下建筑的扩大。
这样一来,虽然地下建筑得到了有效的发展,但同时也出现了不同程度的设计问题,特别是地下建筑结构抗震性能的问题。
大多数的科技设计人员往往忽视了地层在变形和位移的过程中会导致地下建筑结构发生改变,这一重要实际问题[1]。
因此对地下建筑结构的抗震性能进行仔细的分析非常有必要,我们在地下建筑结构的设计中要充分重视对抗震设计的问题,以此来减少地震带来的灾害。
一、地下建筑结构的概述以及抗震的现状(一)类型分析目前我国的地下建筑根据功能可以分为以下几类:仓储建筑、防护建筑、建筑综合体、地下工业建筑、居住建筑、交通建筑和公共建筑等。
如果根据空间的形状可以分为长线性地下建筑和空间性地下建筑。
如果根据结构的类型可以分为连续性、地道式、沉井式、浅埋式和附建式。
(二)特点分析地下建筑结构是地下结构的一个分支,大体上可以描述为在土层间或者岩层间建造的建筑物和构筑物。
与地面的结构相比较,地下建筑结构有一定的特点,具有不易受外界干扰、自然保护能力较强、地质状况影响较大、施工的条件独特并且需进行通风、防潮、防排水和照明等处理。
(三)抗震现状我们一直以为地下建筑拥有比较优越的抗震性能,但是依据这些年的地震灾害,我们发现,由于受到地震的强烈干扰,地下建筑也会受到严重的损坏。
我们知道地面结构和地下结构振动的特点有着很大的不同,通过对地下结构的抗震分析,可以有效保证地下建筑的质量。
地下工程防震抗震方案地下工程的规划、设计和施工需要考虑到地震对工程的影响。
地震是自然界中普遍存在的地质灾害,地下工程的抗震设计是确保工程安全性和稳定性的关键,也是保障人员和设备安全的重要手段。
本文将从地下工程的抗震设计原则、抗震设计内容和抗震施工措施等方面展开论述。
一、地下工程的抗震设计原则1. 安全性原则:地下工程的抗震设计首先要确保工程的安全性,即在地震作用下,工程结构不应发生倒塌、变形过大等现象。
2. 经济性原则:在保证安全性的前提下,地下工程的抗震设计应尽可能降低成本,提高工程的经济性和可行性。
3. 合理性原则:地下工程的抗震设计应根据地质条件、工程用途和工程结构等因素,综合分析,合理确定抗震设计参数和措施。
4. 可行性原则:地下工程的抗震设计应该是可行的,即设计参数、措施和施工工艺都要符合实际情况,并能够顺利实施。
二、地下工程的抗震设计内容1. 地质条件分析:在地下工程抗震设计中,首先要对地质条件进行分析,包括地质构造、地震烈度、地下水位等因素,以确定地下工程设计的基本参数。
2. 结构抗震设计:地下工程的结构抗震设计是抗震设计的核心内容,包括结构类型、结构参数、结构计算和分析等内容,需要根据地质条件和工程用途综合确定。
3. 设备抗震设计:地下工程中的设备和管道系统也需要进行抗震设计,在设计中要考虑设备的结构强度、连接方式、支座设计等内容。
4. 地下室防水、防潮设计:地下工程中的地下室常常存在水蒸气、地下水涌入等问题,需要进行防水、防潮设计,以保证地下室的使用安全。
5. 地下室通风、照明设计:地下工程中的地下室需要合理的通风和照明设计,以保证地下室的空气质量和使用舒适度。
6. 地下工程的排水设计:地下工程的排水设计是确保地下工程稳定性的重要内容,需要合理设计排水系统,避免地下水渗透导致地下工程灾害。
7. 地下工程的抗震防灾设施设计:地下工程需要设置抗震防灾设施,如应急疏散通道、地震感应报警器等,以应对地震发生时产生的应急情况。
地下建筑结构实用抗震分析方法研究1. 本文概述随着城市化进程的加速,地下空间开发和利用成为解决城市土地资源紧张、缓解交通拥堵、提高城市综合防灾能力的重要途径。
地下建筑结构由于其特殊的地理位置和复杂的受力环境,在地震作用下往往表现出与地面结构截然不同的动力响应特征。
如何确保地下建筑结构在地震中的安全性和可靠性,成为工程界和学术界关注的热点问题。
本文旨在系统研究地下建筑结构的实用抗震分析方法。
通过文献综述,对现有地下结构抗震分析的理论和方法进行梳理,明确当前研究的主要进展和存在的问题。
接着,基于地震工程和地下结构工程的基本原理,提出一种适用于地下建筑结构的抗震分析新方法。
该方法将综合考虑地下结构的几何特性、材料性质、地层条件以及地震动特性,通过数值模拟和模型试验相结合的方式,对地下结构的地震响应进行深入分析。
本文还将探讨地下建筑结构抗震设计的关键参数,包括结构刚度、阻尼比、土结构相互作用等,并分析这些参数对地下结构抗震性能的影响。
结合具体工程案例,验证所提出抗震分析方法的实用性和有效性,为我国地下建筑结构的抗震设计提供理论依据和技术支持。
总体而言,本文的研究成果将有助于提高地下建筑结构在地震作用下的安全性和可靠性,为地下空间的合理开发和利用提供科学指导,具有重要的理论意义和实际应用价值。
2. 地下建筑结构的特点及抗震分析难点地下建筑结构通常位于地面以下,其设计和建造需要考虑到地质条件、水文条件、地下空间利用等多种因素。
这些特点使得地下建筑结构的抗震分析面临着一系列独特的挑战。
复杂的地质条件:地下建筑结构需要适应不同的地质环境,包括土层的类型、地下水位、土壤的承载能力等。
这些因素直接影响结构的稳定性和抗震性能。
空间限制:地下空间的利用受到地面建筑和周围环境的限制,设计时需要充分考虑空间的有效利用和安全性。
施工难度:地下建筑结构的施工通常比地面建筑更为复杂和困难,需要特殊的施工技术和设备。
与地面建筑的相互影响:地下建筑结构与地面建筑之间存在相互影响,需要考虑地面建筑对地下结构的荷载传递和地下结构对地面建筑的影响。
Open Journal of Transportation Technologies 交通技术, 2019, 8(4), 248-254Published Online July 2019 in Hans. /journal/ojtthttps:///10.12677/ojtt.2019.84030Finite Element Seismic Analysis byTime-History Method betweenMetro Tunnel and Existing BuildingsGuangchao ZhangNortheast Architectural Design & Research Institute Co., Ltd., Shenyang LiaoningReceived: Jul. 1st, 2019; accepted: Jul. 18th, 2019; published: Jul. 25th, 2019AbstractConsidering the effect on one of the metro tunnel close to some important buildings in Shenyang Line 4, in this paper, the elastic time-history method was used to analyze the effect on the metro tunnel structure during the aseismatic design in running period. The time history curve in the seismic fortification intensity case of the maximum principal stress, the minimum principal stress, as well as the relative horizontal displacement of the open-cut and bored structures were obtained. On this basis, this paper analyzed the seismic action affect between the metro tunnel in running period and important buildings nearby. It showed that the maximum principal stress and the minimum principal stress were far less than the the design strength of the metro structures and the whole structural deformation had a linear change during the defending earthquake. The structures presented a terse and clear bearing behavior without any weak portion. Hence, the metro tunnel structures met the requirements of Aseismatic Design Code of China.KeywordsMetro Tunnel, Aseismatic Design, Time-History Method, Midas GTS临近重要建筑物的地下结构抗震时程分析张广超中国建筑东北设计研究院有限公司,辽宁沈阳收稿日期:2019年7月1日;录用日期:2019年7月18日;发布日期:2019年7月25日张广超摘要针对沈阳地铁四号线某临近重要建筑物区间,本文采用弹性有限元时程分析的方法对地铁结构进行抗震分析,得到设防烈度情况下地铁暗挖结构、明挖结构最大主应力、最小主应力及水平相对位移的时程曲线,分析地震作用对临近建筑物的地铁区间安全运营的影响。
分析结果表明:结构的最大主应力及最小主应力均小于隧道结构混凝土的设计强度;结构整体变形近似线性变化,结构传力途径简捷、明确,无结构薄弱部分,区间结构满足抗震设计要求。
关键词地铁区间,抗震设计,时程分析,Midas GTSCopyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/1. 引言随着我国各大、中城市地下轨道交通的迅猛建设,尤其是在中心城区地铁建设中,经常会遇到周边民(商)用建筑、城市市政管线等建(构)筑物与地铁结构距离过近的问题,这一问题在我国快速、大规模城市建设中屡见不鲜[1]。
而在地铁施工与运营期间如何保证建(构)筑物安全稳定及地铁施工期间自身的安全也成为地铁建设工作中不可避免的重难点问题[2] [3]。
地震,这一足以毁灭人类文明的大灾害,亦是地铁建设者们不可避免需要面对的难题。
经过几十年的发展,现如今对地下结构的抗震分析大体可分为拟静力法及动力分析法[4]。
拟静力法将地震作用看作单一方向的动力加速度作用于结构中,其物理意义明确且计算简洁而受到追捧,但此法基于弹性理论,并未考虑时间因素对结构的影响,也未对进入塑性变形阶段的结构做过多考虑[5]。
而动力时程分析方法全面考虑了地震动的振幅、频谱和持时的影响,能够详细分析结构弹塑性地震反应的全过程[6] [7]。
地铁结构周边存有建筑物时,常会因自重及如风荷载、地震作用等偶然荷载通过土体传递至地铁结构中,危及地铁运营安全。
但现有常规地铁结构设计过程中,这一问题并未真正得到充分的重视也未对此类风险工程制定相应的控制标准[8]。
基于此,针对沈阳地铁四号线某临近重要建筑物区间,本文采用弹塑性有限元时程分析的方法对地铁结构进行抗震分析,并获得地震作用对临近建筑物的地铁区间安全运营的影响,为今后类似工程的风险评价及控制结构安全提供一定的参考。
2. 工程概况2.1. 地铁区间概况沈阳地铁四号线某区间单洞单线隧道结构,邻近重要建筑物(7层砖混结构,条形基础),采用矿山法+盖挖法施工,线间距为15 m ,双线结构净距仅6 m ,其结构外侧与邻近建筑最小距离为8.1 m 。
区间覆土约7 m ,矿山法断面为马蹄形,净宽5.08 m ,净高5.28 m ;盖挖法断面为矩形,净宽8.0 m ,净高10.5 m 。
矿山法结构及盖挖结构衬砌厚度分别为0.4 m 、0.6 m (图1)。
区间场地沉积相地层从上至下依次为第四系全新统和更新统黏性土、砂类土及碎石类土组成,其下张广超基岩为前震旦系混合花岗岩体。
场地为非液化场地,属抗震一般地段。
2.2. 场地地震效应“沈阳地铁四号线”工程场地处在活动性较强的郯庐断裂带所涉及的范围内,地质构造复杂,所在区域的地震活动比较频繁,最大地震为2013年1月23日在辽阳灯塔市柳条寨镇发生的5.1级地震。
Figure 1. The location of important buildings near metro tunnel 图1. 区间及邻近重要建筑物区位图场地设计地震分组为第一组,抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10 g ;场地特征周期值为0.45 s ,属Ⅲ类场地,在VII 度(0.10 g)、VIII 度(0.20 g)情况下均不会液化,可不考虑地震地表断错的影响。
3. 有限元模型建立3.1. 分析原则及计算动参数本文应用Midas GTS 程序,对区间结构抗震性能进行有限元时程分析。
由于邻近建筑物结构区间隧道横断面符合平面应变原则,因此采用二维模型进行简化分析,将横断面等效为宽度为单位长度的梁体系进行平面计算,将组成结构的各段梁柱分成梁单元,各单元之间以节点相连,纵向长度按1米计。
出于安全考虑,本文采用设防地震(50年超越概率10%)的基岩加速度应谱作为地震反应分析所需的基岩地震动时程,其基岩水平峰值加速度为123 gal ,如图2所示。
Figure 2. The earthquake motion acceleration time-history curve of bedrock图2. 基岩地震动加速度时程曲线张广超3.2. 模型参数计算采用地层结构整体时程分析,该分析是把地震运动视为一个随时间变化的过程,并将地下结构物和周围土体介质视为共同受力变形的整体,通过直接输入地震加速度记录,在满足变形协调的前提下分别计算结构物和土体介质在各个时刻的位移,速度,加速度以及应变和内力,据以验算场地的稳定性。
模型中土体的本构关系采用Mohr-Coulomb 模型,邻近建筑物及区间结构采用常规混凝土弹塑性本构模型。
参考相关规范的分析经验,竖向地震加速度确定为水平向的0.75倍。
各土层参数如表1所示:Table 1. Parameters of soils 表1. 土层参数表土 层 层厚(m) 重度 (kN/m 3) 水平基床系数 K s(MPa/m)垂直基床系数 K c(MPa/m)静止侧压力系数K 0杂填土① 3.5 17 / / / 粉质黏土⑤-1-0 18.6 20.2 35 30 0.33 粉细砂⑤-2-0 1.4 18.8 15 15 0.42 中粗砂⑤-3-03.920.027250.39综合考虑地震波、覆盖层厚度及边界效应的影响,设置计算模型宽度为300 m ,高度为55 m ,模型上表面取至实际地表。
对于范围有限的计算区域,波动能量将在人工截取的边界上发生反射,使波发生震荡,导致模拟失真。
因此,模型边界条件采用弹性吸收边界[9]。
粘弹性边界不仅可以较好地模拟地基的辐射阻尼,而且也能模拟远场地球介质的弹性恢复性能,定义粘性边界需计算土体x 、y 、z 方向上的阻尼比。
阻尼计算采用如下公式:P P C A c A ρ=⋅=⋅(1) S S C A c A ρ=⋅=⋅ (2)()()112Eυλυυ=+− (3)()21EG υ=+ (4)其中,λ:体积弹性系数(kN/m 2);G :剪切弹性系数(kN/m 2);E :弹性模量(kN/m 2);ν:泊松比;A :截面积(m 2)。
本文建立的有限元模型如图3所示:Figure 3. The FEM model using viscous-spring boundary 图3. 粘弹性边界有限元计算模型张广超4. 计算结果分析4.1. 最大/最小主应力时程分析明挖及暗挖区间结构最大/最小主应力时程曲线列于图4和图5。