基于Abaqus的地下結(jié)構(gòu)反應(yīng)位移法抗震分析

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1、基于Abaqus的地下結(jié)構(gòu)反應(yīng)位移法抗震分析陶鵬(武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院,湖北武漢430070)摘要:隨著城市地下空間的大規(guī)模開發(fā)利用,地鐵、地下綜等效地震剪力;④計(jì)算結(jié)構(gòu)自身的地震慣性力;⑤用有限元合管廊、地下商店等地下結(jié)構(gòu)得以大量興建,其抗震問題已軟件建立合適的結(jié)構(gòu)有限元模型,計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和[4]經(jīng)成為城市地下工程抗震研究的重要組成部分。應(yīng)用規(guī)范變形。推薦的反應(yīng)位移法對(duì)不規(guī)則矩形地鐵車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震計(jì)土層相對(duì)位移、結(jié)構(gòu)慣性力和結(jié)構(gòu)周圍剪力可由一維土算,分析不同位移加載方向下結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震、罕遇地震作層地震反應(yīng)分析得到,也可根據(jù)GB5090

2、9-2014《城市軌道用下的內(nèi)力情況及抗震性能,進(jìn)一步驗(yàn)證反應(yīng)位移法的適用交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》6.6節(jié)及附錄E相關(guān)公式計(jì)算。本性。本文主要通過Abaqus軟件對(duì)武漢地鐵光谷五路站典型次反應(yīng)位移法計(jì)算中,地震作用導(dǎo)致的土層相對(duì)位移、結(jié)構(gòu)截面進(jìn)行分析。慣性力和結(jié)構(gòu)周圍剪力將按照規(guī)范公式計(jì)算。關(guān)鍵詞:地下結(jié)構(gòu);反應(yīng)位移法;抗震分析;Abaqus1)土層位移。中圖分類號(hào):TU93文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A1πZu(z)=u.cos(1)2max2H文章編號(hào):1672-4011(2017)02-0056-03DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.201

3、7.02.026式中,u(z)為地震時(shí)深度z處土層的水平位移,m;Z為土層深度,m;u為場地地表最大位移,m;H為地面至地震max0前言作用基準(zhǔn)面的距離,m。隨著各國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,城市化進(jìn)程加速,為解決城2)彈簧剛度。計(jì)算模型中,結(jié)構(gòu)周圍土體采用地基彈簧市建設(shè)中的各種問題,地下空間開發(fā)逐漸得到重視,地下結(jié)表示,包括壓縮彈簧和剪切彈簧;地基彈簧剛度按式(2)和構(gòu)的建設(shè)也逐漸增多,如地下街、地下停車場、地鐵以及各種(3)計(jì)算。地下管線等。地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)也進(jìn)入人們的視野,各類Kt=KLd(2)地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算中也開始考慮地震的影響。目前,地下K=K/

4、3(3)lt結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的方法有很多,如擬靜力法、自由場變形法、土式中,K為拉壓地基彈簧剛度,N/m;K為剪切彈簧剛tl-結(jié)構(gòu)相互作用法以及有限元法和動(dòng)力時(shí)程法。其中土-度,N/m;K為基床系數(shù),N/m3;L為垂直于結(jié)構(gòu)橫向的計(jì)算結(jié)構(gòu)相互作用的反應(yīng)位移法的應(yīng)用較為廣泛,作為地下結(jié)構(gòu)長度,m;d為土層沿隧道與地下車站縱向的計(jì)算長度,m。地震響應(yīng)最常用的簡化計(jì)算方法已寫入我國的國家規(guī)范3)等效土層剪力。結(jié)構(gòu)四周的土層剪力可由自由場土[1]層地震反應(yīng)分析來獲得,等于地震作用下結(jié)構(gòu)周圍自由土層GB50909-2014《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》,但在具體的

5、使用過程中,該方法也存在一定的局限性。因此,對(duì)相應(yīng)于結(jié)構(gòu)上下表面處的剪力;也可以通過式(1)計(jì)算土層反應(yīng)位移法進(jìn)行深入的研究具有重要的工程實(shí)際應(yīng)用意義。位移,通過土層位移微分確定土層應(yīng)變,最終通過物理關(guān)系計(jì)算土層剪力。本次計(jì)算采用位移公式微分計(jì)算土層剪力,1反應(yīng)位移法抗震計(jì)算如下:?u(z)π1πz反應(yīng)位移法以一維土層地震反應(yīng)計(jì)算為基礎(chǔ),認(rèn)為地下γ==-.usin?Z2H2max2H結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的反應(yīng)主要取決于周圍土層的變形。將土層τ=Gγ(4)d在地震時(shí)產(chǎn)生的最大變形通過地基彈簧以靜荷載的形式作式中,G為土體的動(dòng)剪切模量,根據(jù)土層剪切波速和巖d用在結(jié)

6、構(gòu)上,以此計(jì)算結(jié)構(gòu)反應(yīng)。其中,地基彈簧是為了考土密度計(jì)算。慮結(jié)構(gòu)剛度與土層剛度的不同,定量表示兩者相互作用時(shí)引各頂?shù)装寮袅Π凑帐?4)計(jì)算,而結(jié)構(gòu)側(cè)面墻壁剪力按入的單元。采用反應(yīng)位移法進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)橫截面的抗震計(jì)式(5)計(jì)算:算時(shí),需考慮土層相對(duì)位移、結(jié)構(gòu)慣性力和結(jié)構(gòu)周圍剪力三τs=(τu+τB)/2(5)種地震作用。計(jì)算模型中,結(jié)構(gòu)周圍土體采用地基彈簧表式中,τs為矩形結(jié)構(gòu)側(cè)壁剪力,N,可按頂板剪力和底板示,包括壓縮彈簧和剪切彈簧;結(jié)構(gòu)一般采用梁單元進(jìn)行[2-3]剪力的平均值確定;τu為矩形結(jié)構(gòu)頂板剪力,N;τB為矩形結(jié)建模。構(gòu)底板剪力,N?；居?jì)算步

7、驟如下:①計(jì)算反應(yīng)位移法模型中的土彈簧4)慣性力。剛度;②確定土層位移函數(shù),沿深度劃分出合適的土層數(shù)目,f=mu"(6)計(jì)算出每層土位移,從而確定相對(duì)位移;③計(jì)算結(jié)構(gòu)受到的iii式中,f為結(jié)構(gòu)i單元上作用的慣性力,N;m為結(jié)構(gòu)iii單元上的質(zhì)量,kg;u"為地下結(jié)構(gòu)頂?shù)装逄幾杂赏翆影l(fā)生最i收稿日期:2016-12-28大相對(duì)位移時(shí)刻,自由土層對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)i單元位置處的加速作者簡介:陶鵬(1992-),男,江西南昌人,在讀碩士研究生,研究方2向:地下結(jié)構(gòu)抗震。度,m/s?！?6·2工程實(shí)例表1設(shè)防地震內(nèi)力結(jié)果右向加載左向加載2．1工程概況彎矩剪力彎矩剪力光

8、谷五路站為武漢市地鐵11號(hào)線東段的第六個(gè)車站,/(kN·m)/kN/(kN·m)/kN位于神墩