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1、基于Abaqus的地下结构反应位移法抗震分析陶鹏(武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉430070)摘要:随着城市地下空间的大规模开发利用,地铁、地下综等效地震剪力;④计算结构自身的地震惯性力;⑤用有限元合管廊、地下商店等地下结构得以大量兴建,其抗震问题已软件建立合适的结构有限元模型,计算结构的内力和[4]经成为城市地下工程抗震研究的重要组成部分。应用规范变形。推荐的反应位移法对不规则矩形地铁车站结构进行抗震计土层相对位移、结构惯性力和结构周围剪力可由一维土算,分析不同位移加载方向下结构在设防地震、罕遇地震作层地震反应分析得到,也可根据GB5090
2、9-2014《城市轨道用下的内力情况及抗震性能,进一步验证反应位移法的适用交通结构抗震设计规范》6.6节及附录E相关公式计算。本性。本文主要通过Abaqus软件对武汉地铁光谷五路站典型次反应位移法计算中,地震作用导致的土层相对位移、结构截面进行分析。惯性力和结构周围剪力将按照规范公式计算。关键词:地下结构;反应位移法;抗震分析;Abaqus1)土层位移。中图分类号:TU93文献标志码:A1πZu(z)=u.cos(1)2max2H文章编号:1672-4011(2017)02-0056-03DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.201
3、7.02.026式中,u(z)为地震时深度z处土层的水平位移,m;Z为土层深度,m;u为场地地表最大位移,m;H为地面至地震max0前言作用基准面的距离,m。随着各国经济建设的发展,城市化进程加速,为解决城2)弹簧刚度。计算模型中,结构周围土体采用地基弹簧市建设中的各种问题,地下空间开发逐渐得到重视,地下结表示,包括压缩弹簧和剪切弹簧;地基弹簧刚度按式(2)和构的建设也逐渐增多,如地下街、地下停车场、地铁以及各种(3)计算。地下管线等。地下结构的抗震设计也进入人们的视野,各类Kt=KLd(2)地下结构的设计计算中也开始考虑地震的影响。目前,地下K=K/
4、3(3)lt结构抗震计算的方法有很多,如拟静力法、自由场变形法、土式中,K为拉压地基弹簧刚度,N/m;K为剪切弹簧刚tl-结构相互作用法以及有限元法和动力时程法。其中土-度,N/m;K为基床系数,N/m3;L为垂直于结构横向的计算结构相互作用的反应位移法的应用较为广泛,作为地下结构长度,m;d为土层沿隧道与地下车站纵向的计算长度,m。地震响应最常用的简化计算方法已写入我国的国家规范3)等效土层剪力。结构四周的土层剪力可由自由场土[1]层地震反应分析来获得,等于地震作用下结构周围自由土层GB50909-2014《城市轨道交通结构抗震设计规范》,但在具体的
5、使用过程中,该方法也存在一定的局限性。因此,对相应于结构上下表面处的剪力;也可以通过式(1)计算土层反应位移法进行深入的研究具有重要的工程实际应用意义。位移,通过土层位移微分确定土层应变,最终通过物理关系计算土层剪力。本次计算采用位移公式微分计算土层剪力,1反应位移法抗震计算如下:∂u(z)π1πz反应位移法以一维土层地震反应计算为基础,认为地下γ==-.usin∂Z2H2max2H结构在地震时的反应主要取决于周围土层的变形。将土层τ=Gγ(4)d在地震时产生的最大变形通过地基弹簧以静荷载的形式作式中,G为土体的动剪切模量,根据土层剪切波速和岩d用在结
6、构上,以此计算结构反应。其中,地基弹簧是为了考土密度计算。虑结构刚度与土层刚度的不同,定量表示两者相互作用时引各顶底板剪力按照式(4)计算,而结构侧面墙壁剪力按入的单元。采用反应位移法进行地下结构横截面的抗震计式(5)计算:算时,需考虑土层相对位移、结构惯性力和结构周围剪力三τs=(τu+τB)/2(5)种地震作用。计算模型中,结构周围土体采用地基弹簧表式中,τs为矩形结构侧壁剪力,N,可按顶板剪力和底板示,包括压缩弹簧和剪切弹簧;结构一般采用梁单元进行[2-3]剪力的平均值确定;τu为矩形结构顶板剪力,N;τB为矩形结建模。构底板剪力,N。基本计算步
7、骤如下:①计算反应位移法模型中的土弹簧4)惯性力。刚度;②确定土层位移函数,沿深度划分出合适的土层数目,f=mu"(6)计算出每层土位移,从而确定相对位移;③计算结构受到的iii式中,f为结构i单元上作用的惯性力,N;m为结构iii单元上的质量,kg;u"为地下结构顶底板处自由土层发生最i收稿日期:2016-12-28大相对位移时刻,自由土层对应于结构i单元位置处的加速作者简介:陶鹏(1992-),男,江西南昌人,在读硕士研究生,研究方2向:地下结构抗震。度,m/s。·56·2工程实例表1设防地震内力结果右向加载左向加载2．1工程概况弯矩剪力弯矩剪力光
8、谷五路站为武汉市地铁11号线东段的第六个车站,/(kN·m)/kN/(kN·m)/kN位于神墩
