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《地震作用下的北京地層動力響應(yīng)分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、專業(yè)知識分享版【摘要】通過大型通用計算軟件Ansys，采用平面動力有限元模型對北京天然地層進(jìn)行了地震響應(yīng)計算分析。針對北京地鐵所處地層條件對該線路的天然地層進(jìn)行水平地震、豎向地震和耦合地震作用分析，得出了三種加載方式下的水平位移、水平加速度、豎向位移以及豎向加速度沿深度方向的變化曲線規(guī)律，可供反應(yīng)位移法中使用，同時也得出了地表在地震作用下的運動時程曲線規(guī)律?！娟P(guān)鍵詞】地鐵隧道地震分析1前言地下鐵道是城市現(xiàn)代化交通工具，且是戰(zhàn)時重要的人防工程。雖然地下工程結(jié)構(gòu)有周圍土體對變形位移的約束作用，使其在受震時所產(chǎn)生的振幅大為減少，受震害的程度較地面建筑為輕，但強震給地下結(jié)構(gòu)帶來的影響不容
2、忽視，這一點已被1995年日本阪神大地震所證實。日本這次地震使得地鐵區(qū)間隧道及地鐵車站受到嚴(yán)重破壞，甚至出現(xiàn)地鐵車站完全倒塌的先例。地鐵結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生破壞由于其修復(fù)困難，往往造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，所以加強研究地下結(jié)構(gòu)的抗震性能，對地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法及減震措施提出響應(yīng)的建議十分必要，本文將針對地震作用下的地層響應(yīng)分析進(jìn)行初步探討。2工程簡介北京地鐵十號線是北京軌道交通路網(wǎng)中一條西北至東南的軌道交通半環(huán)線，線路經(jīng)過海淀、朝陽、豐臺三個行政區(qū)。線路起點在北京市西北海淀區(qū)的藍(lán)靛廠，沿四環(huán)路、巴溝路、海淀南路、知春路、土城北路向東，斜穿城市東北角的太陽宮后沿東三環(huán)路一直向南，途經(jīng)亮馬河、
3、農(nóng)展館、京廣中心、國貿(mào)、勁松等地區(qū)，在經(jīng)過南三環(huán)分鐘寺立交橋后，沿龍爪樹路向南，再沿石榴莊路向西到豐臺區(qū)宋家莊，并與五號線銜接。線路全長32.945km，其中地下線32.095km，路塹及地面線0.85km，全線共設(shè)車站28座，其中地面站一座，地下站27座。3有限元模型的確定3.1基本條件與假定在進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析時，為了分析方便和盡可能地接近實際情況，本論文中采用如下基本假定：(1)將實際土層進(jìn)行加權(quán)平均，按均質(zhì)土層進(jìn)行考慮；土是由水平方向無限伸展的薄層組成，符合平面應(yīng)變的假定。(2)土介質(zhì)為均質(zhì)、各向同性體。(3)動力作用下滿足位移協(xié)調(diào)的條件。(4)采用總應(yīng)力分析方法，
4、不考慮孔隙水壓變化和砂土地震液化的影響。3.2地震波的選取與調(diào)整3.2.1地震波的選取由于北京地區(qū)歷史上沒有發(fā)生過強度較大的有記載的地震記錄，因此在進(jìn)行時程分析時，需要考慮其他地區(qū)的地震資料。因為北京的地質(zhì)資料與美國帝谷相似，所以本文中的計算采用1940年5月18日美國帝谷EI-Centro地震的加速度記錄作為輸入的地震荷載動頻譜特征。該地震震級M=7.1，震中矩為50km，NS方向的最大加速度分量為3.417m/s2，持續(xù)時間30s，本文取其前15s進(jìn)行計算。分析中采用對應(yīng)于時間間隔△t=0.02s的加速度離散值作為輸入地震動加速度頻譜特征（表1）。3.2.2地震波的調(diào)整使命：
5、加速中國職業(yè)化進(jìn)程聯(lián)系電話：0755-86153458專業(yè)知識分享版北京地區(qū)地震設(shè)防烈度為8度，相應(yīng)的地面峰值加速度為0.2g，見表1。因此需要將原始的美國帝谷EI-Centro波調(diào)整到北京地區(qū)地震設(shè)防烈度。本文將原始的NS加速度分量作為荷載加到計算模型(只有土而沒有地下結(jié)構(gòu)的模型)上，得出地表的加速度，并看其峰值加速度，與八度地震設(shè)防對應(yīng)的地面峰值加速度相比，將原始NS加速度分量乘以一定的系數(shù)，再次加到模型上進(jìn)行計算，使得地表峰值加速度為0.2g，以此來確定輸入地震波的水平加速度。根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》可以知道，豎向加速度峰值取水平加速度峰值的2/3，而頻譜特性不作改變
6、。將得到的地震波施加到有地下結(jié)構(gòu)的計算模型上即可對地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力分析。EI-Cen-tro波NS加速度時程曲線、調(diào)整好的水平加速度時程曲線以及豎向加速度時程曲線如圖1、圖2所示。3.3計算參數(shù)的確定3.3.1地層參數(shù)由于本文研究的是北京地鐵的抗震問題，所以地層參數(shù)取實際的北京地質(zhì)資料，是取自由北京市勘察設(shè)計研究院提供的北京地鐵十號線的勘察報告。為了計算方便和更能明確地得出地層在地震作用下的反應(yīng)情況，本文將每層土參數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，得出整個土層各參數(shù)的平均值，即將土層簡化為均質(zhì)土層，取彈性模量為壓縮模量的3~5倍，本文取4倍，得出最后的計算參數(shù)，如表2。3.3.2阻尼系數(shù)本文對土層
7、進(jìn)行了模態(tài)分析，求出體系的前兩階振型，阻尼比的具體數(shù)值應(yīng)通過試驗獲得。實驗資料表明，土體的阻尼比一般在0.02~0.24之間變化，根據(jù)文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，本文將土體前兩階振型阻尼比取為=0.054，=0.05。由此計算可得阻尼系數(shù)α=0.069，β=0.035。3.4計算模型理論上講，模型取得越大，計算結(jié)果就越準(zhǔn)確，然而，實際計算中不可能取得特別大。在本文中為了減小誤差，將模型寬度取為72m（約為結(jié)構(gòu)的12.9倍）?，F(xiàn)有的北京地層的地質(zhì)資料大約到達(dá)84m，故模型取84m，并認(rèn)為底部為基
