混凝土动弹模对地铁车站结构地震响应影响的分析_1

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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果混凝土动弹模对地铁车站结构地震响应影响的分析摘　要:建立了地铁车站结构的三维计算模型,研究了混凝土动弹性模量对地铁车站结构三维地震响应的影响,确定了在进行地铁车站结构抗震分析时混凝土动弹性模量的合理取值。该结论可为地铁车站结构的抗震设计提供参考。关键词:地铁车站结构;三维计算模型;动弹模;地震响应0引言地铁工程是生命线工程的重要组成部分,其抗震问题已经成为城市工程抗震和防灾减灾研究的

2、重要组成部分。1995年日本阪神地震清楚地表明:在地层可能发生较大变形和位移的部位,地铁等地下结构可能会出现严重的震害,因此对其抗震问题应给予高度重视。影响地铁车站结构等地下结构动力响应的因素颇多,材料参数的选取如混凝土动弹性模量的取值就是其中之一。在地震等冲击荷载作用下,材料的强度会有提高,提高的幅度与冲击荷载的幅值及频率等因素有关。郑永来[1]对混凝土材料进行动力试验表明,混凝土的动弹模比静弹模量高出30~50%。杨林德[5]、杨超[3]、刘齐建[4]、王国波[5]等在研究上海市典型软土地铁车站结构地震响应时均

3、根据文献课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果[1]的研究成果取平均值(动弹模提高40%)。本文拟在上述研究成果的基础上,研究混凝土动弹模对地铁车站结构地震响应的影响,得到在对地铁车站结构进行抗震分析时,混凝土动弹模的合理取值,为地铁车站结构抗震设计提供参考。1地铁车站结构的三维计算模型[4]计算范围图1为典型

4、地铁车站剖面图,由图可见,地铁车站结构是一两层三跨的框架结构,水平横向宽,高,水平纵向长112m(纵向柱距8m,共13根柱子)。土柱状图见图2所示,物理力学性质参数见表1。根据文献[5]提出的三维计算方法,水平横向的计算宽度取车站结构5倍的横向宽度(结构左右两侧土体均取2倍的车站结构横向宽度),水平纵向计算长度取车站结构纵向长与4倍的车站结构横向宽度之和(即车站结构前后土体的长度各取2倍车站结构横向的宽度),深度取70m。因而计算范围取为:水平横向110m,水平纵向150m,土体深70m。课题份量和难易程度要恰当，

5、博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果车站结构计算模型为两层三跨的框架结构,其尺寸为:横向宽22m,左、中、右跨的净跨度分别为8m、6m和8m,左、右边墙厚;纵向长112m(柱子排列方向),柱间净距8m,共13根柱子,前、后板厚均为;高,上、下柱净高分别为和8m。顶板和底板厚,中板厚,柱子的截面尺寸为(横向)×(纵向),车站模型结构埋深

6、2m。土体与车站结构的计算模型如图3~图5所示。1.材料本构模型研究表明,软土的动应力应变关系遵循“应变软化”规律[4]:动剪切模量随动剪应变的增加而降低,阻尼比则随动剪应变的增加而增加,其关系可用Davidenkov模型描述为:式中A、B和γr为拟合常数,γr亦为参考剪应变,γd为瞬时动剪应变,Gd和λ为瞬时的动剪切模量和阻尼比,Gmax和λmax为最大动剪切模量和最大阻尼比,模型参数由试验确定[4]。土层分布及其物理参数值见表1。混凝土结构选用弹性本构模型,对于C30混凝土,其静弹性模量按规范取为,动弹模按由其

7、静弹模提高给出,泊松比取。1.边界条件静力计算时,模型四周分别约束相应的水平向位移,底部为竖向固定、水平自由的边界,上表面为自由边界。动力计算时,在模型四周边界上施加自由场边界条件[5],底部边界取为竖向固定、水平自由的边界,上表面为自由边界。1.地震荷载输入地震波采用上海地区50年超越概率为10%的人工合成波,其时程曲线及富氏谱如图6示。计算结果与分析课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理

8、论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果文献[1]对混凝土材料进行动力试验表明,混凝土的动弹模比比静弹模量高出30%~50%,本文拟通过比较动力计算时混凝土动弹模分别取、、、、和倍的静弹模时结构的地震响应,分析混凝土动弹模的变化对结构动力响应的影响。文献[5]的研究表明:柱端弯矩对地震荷载最为敏感,即地震荷载引起柱端