• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      隧道抗震設(shè)計(jì)中反應(yīng)位移法與時(shí)程分析法的對(duì)比分析

      2015-09-05 03:49:16王小林孟敏強(qiáng)李冀偉王曉閃
      鐵道建筑 2015年7期
      關(guān)鍵詞:時(shí)程分析法抗震

      王小林,孟敏強(qiáng),李冀偉,張 亮,王曉閃

      (1.西安科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院,陜西 西安 710054;2.中鐵隆工程集團(tuán)有限公司,四川 成都 610045)

      隧道抗震設(shè)計(jì)中反應(yīng)位移法與時(shí)程分析法的對(duì)比分析

      王小林1,孟敏強(qiáng)1,李冀偉2,張 亮1,王曉閃1

      (1.西安科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院,陜西 西安 710054;2.中鐵隆工程集團(tuán)有限公司,四川 成都 610045)

      針對(duì)目前我國(guó)實(shí)行的《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》,以西安地鐵某號(hào)線為背景,基于盾構(gòu)地鐵區(qū)間隧道抗震設(shè)計(jì)方法—反應(yīng)位移法與時(shí)程分析法的基本原理,對(duì)盾構(gòu)地鐵區(qū)間隧道進(jìn)行了抗震分析。通過分析比較兩種方法所得出的內(nèi)力與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)水平位移,說明反應(yīng)位移法和時(shí)程分析法在抗震設(shè)計(jì)中均具有適用性,兩種分析方法可互相參考驗(yàn)證。

      盾構(gòu)地鐵隧道 抗震設(shè)計(jì) 反應(yīng)位移法 時(shí)程分析法

      我國(guó)是世界上的多地震國(guó)家之一,在地鐵隧道抗震方面,我國(guó)目前剛剛開始實(shí)行《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》。

      由于地下空間的大量開發(fā)是在近20年才出現(xiàn)的,所以人們普遍認(rèn)為地下結(jié)構(gòu)的地震破壞比地上結(jié)構(gòu)破壞輕。但是1995年日本阪神大地震中,大開站和上尺站毀滅性的破壞,為地震工作者敲響了警鐘。于翔等[1]分析了目前在地鐵抗震中用的較多的抗震方法,如ST.John法、Shukla法等,說明在地鐵抗震方面已引起了國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的重視,并且在理論研究方面也取得了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展。

      近年來,國(guó)內(nèi)越來越多的學(xué)者致力于隧道及地下結(jié)構(gòu)抗震方面的研究。耿萍等[2]利用成層重復(fù)反射理論,計(jì)算出工程場(chǎng)地地層的實(shí)際地震響應(yīng),采用反應(yīng)位移法對(duì)隧道橫斷面進(jìn)行地震反應(yīng)分析,成功運(yùn)用到水下盾構(gòu)隧道抗震設(shè)計(jì)上;劉晶波等[3]在地下結(jié)構(gòu),尤其是地鐵車站方面,利用子結(jié)構(gòu)法和土—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用法等理論研究了常用的反應(yīng)位移法在地下結(jié)構(gòu)橫斷面抗震分析中的實(shí)用性,證明了反應(yīng)位移法在地下結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算中是一個(gè)實(shí)用可靠的擬靜力計(jì)算方法。

      本文是在前人研究成果的基礎(chǔ)上,介紹反應(yīng)位移法與時(shí)程分析法的基本原理,將兩種方法進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)反應(yīng)位移法計(jì)算得出的盾構(gòu)隧道抗震結(jié)果,采用時(shí)程分析法對(duì)其加以驗(yàn)證,得出反應(yīng)位移法與動(dòng)力時(shí)程分析法具有一致性,同時(shí)證明抗震規(guī)范推薦方法的準(zhǔn)確性與實(shí)用性。

      1 算法原理

      目前國(guó)內(nèi)外在地下結(jié)構(gòu)抗震分析中,采用的隧道及地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法有:反應(yīng)譜法、反應(yīng)位移法和時(shí)程分析法等。

      1.1 反應(yīng)位移法的基本原理

      反應(yīng)位移法采用彈簧—梁模型進(jìn)行計(jì)算,是基于一維土層地震反應(yīng)分析,其中地基彈簧是為了考慮結(jié)構(gòu)剛度與土層剛度的不同,并定量表示兩者之間相互作用而引入的單元[4]。

      應(yīng)用反應(yīng)位移法進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)反應(yīng)計(jì)算時(shí),考慮土層相對(duì)位移、結(jié)構(gòu)慣性力以及結(jié)構(gòu)周圍剪力作用。隨后,分別作為已知條件施加到地鐵隧道結(jié)構(gòu)上進(jìn)行靜力計(jì)算[5]。主要的計(jì)算方法根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》來確定[6]。

      1)土層的相對(duì)位移

      隧道與地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中,地震時(shí)土層沿深度方向的水平位移分布如圖1所示。

      圖1 土層位移沿深度和隧道軸向分布

      具體位移公式

      式中:u(z)為深度z處自由土層地震反應(yīng)位移;umax為場(chǎng)地地表最大位移,可查表得;H為地面至地震作用基準(zhǔn)面的距離;u'(z)為深度z處相對(duì)于結(jié)構(gòu)底部的自由土層相對(duì)位移;u(zB)為結(jié)構(gòu)底部深度zB處的自由土層地震反應(yīng)位移。

      2)結(jié)構(gòu)慣性力

      隧道結(jié)構(gòu)上的慣性力可以按照在該結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量乘地層加速度來施加,即

      式中:fi為結(jié)構(gòu)i單元上作用的慣性力;mi為結(jié)構(gòu)i單元的質(zhì)量;üi為自由土層對(duì)于結(jié)構(gòu)i單元位置處的峰值加速度。

      3)結(jié)構(gòu)剪切力

      剪切力作用在隧道各點(diǎn)上,將其分解為法線方向和切線方向

      1.2 時(shí)程分析法的基本原理

      時(shí)程分析法是根據(jù)材料及構(gòu)件的彈性(或非彈性)性能對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程做積分求解的方法。也就是說,由初始狀態(tài)開始一步步積分直到地震作用結(jié)束,求出結(jié)構(gòu)在地震作用下從靜止到振動(dòng)以致到達(dá)最終狀態(tài)的全過程[7]。

      從理論上來說,時(shí)程分析法考慮了地震動(dòng)的振幅、頻譜和持時(shí)三個(gè)要素,同時(shí)也考慮了地震環(huán)境和場(chǎng)地條件的影響,能夠?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析,還可以計(jì)算能量耗損和損傷等。它通過動(dòng)力分析的方法,可以準(zhǔn)確得到在時(shí)程波作用下各個(gè)時(shí)刻各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移、速度、加速度以及各個(gè)構(gòu)件的內(nèi)力,反映地面運(yùn)動(dòng)的方向、特性及持續(xù)作用的影響[8]。

      時(shí)程分析法是通過運(yùn)動(dòng)方程直接求解,多自由體系地震反應(yīng)方程為

      式中:[m]為集中質(zhì)量體系所形成的對(duì)角矩陣;[c]為阻尼矩陣,一般是時(shí)間t的函數(shù);{·x·}為節(jié)點(diǎn)加速度矩陣;x·節(jié)點(diǎn)速度矩陣;f(x)為恢復(fù)力向量,f(x)是位移x的函數(shù),當(dāng)結(jié)構(gòu)處于彈性階段時(shí),f(x)與位移 x成正比,即 f(x)=[K]{x}。

      對(duì)于變阻尼、變剛度的多自由度體系,受任意動(dòng)荷載時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程為[8]

      對(duì)地震作用的情況

      在地震荷載作用下,運(yùn)動(dòng)方程可以采用常加速度法、線性加速度法(包括迭代法、增量法)、威爾遜θ法等方法求解。

      1.3 可對(duì)比性分析

      反應(yīng)位移法已經(jīng)在實(shí)際工程中得到大量的應(yīng)用,優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算較方便,且計(jì)算量相對(duì)較少,但是同時(shí)也存在著一些缺點(diǎn),例如地基彈簧系數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果有很大影響、地基彈簧之間互不相關(guān)、計(jì)算成本大等[9]。時(shí)程分析法可以模擬整個(gè)地下結(jié)構(gòu)在地震持續(xù)過程中的各個(gè)時(shí)刻的地震響應(yīng),并可成功地處理各種非線性問題,但是計(jì)算量大,而且地震響應(yīng)計(jì)算值比較依賴于地震波時(shí)程曲線的選擇[10]。

      反應(yīng)位移法能夠較好地反映出地震時(shí)地下結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),時(shí)程分析法也能體現(xiàn)出地震時(shí)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。采用同一個(gè)地震波對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震分析,兩種方法在一定程度上具有可比性,可以進(jìn)行對(duì)比分析。

      2 工程實(shí)例

      2.1 工程概況及地質(zhì)情況

      擬建區(qū)間場(chǎng)地地貌單元屬皂河殘留二級(jí)階地,區(qū)間設(shè)計(jì)范圍為A站—B站盾構(gòu)法區(qū)間隧道,右線全長(zhǎng)1 492.414 m,左線全長(zhǎng)1 495.050 m。隧道頂部埋深為12.10~21.96 m,區(qū)間在深度60.0 m范圍內(nèi)的地層主要為第四系堆積物,穿越的主要土層為粉質(zhì)黏土、粗砂層、中砂及古土壤層。區(qū)間25.0 m深度內(nèi)的土層等效剪切波速為298.7 m/s,介于250~500 m/s之間,場(chǎng)地類別為Ⅱ類且工程場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度為0.20g。地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為8度,地下結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為二級(jí),且不考慮地下水的作用。

      2.2 計(jì)算模型和基本參數(shù)的選取

      本文利用有限元分析軟件建立三維有限元模型,分析地鐵區(qū)間隧道的地震響應(yīng),假設(shè)均為線性問題。簡(jiǎn)化隧道基本尺寸如下:內(nèi)半徑為2.7 m,外半徑為3.0 m,襯砌厚度為0.3 m,隧道拱頂?shù)降乇砣?5 m,取隧道長(zhǎng)度為100 m,模型尺寸為50 m(長(zhǎng))×68 m(寬)×42 m(高),模型如圖2所示。土層的主要物理C50,密度為2 500 kg/m3,泊松比為 0.2,彈性模量為33.5 GPa。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)布置如圖3所示。輸入地震波如圖4、圖5所示。

      圖2 區(qū)間隧道模型

      表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

      圖3 隧道關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置

      圖4 E2地震波

      圖5 E3地震波

      2.3 計(jì)算結(jié)果分析

      1)內(nèi)力分析比較

      在城市地鐵隧道抗震中,截面內(nèi)力是抗震分析中一個(gè)重要的考慮因素。分別運(yùn)用反應(yīng)位移法和時(shí)程分析法,在E2地震荷載的組合下計(jì)算分析得出隧道截面內(nèi)力,如表2和表3所示。

      由表2和表3可知,反應(yīng)位移法計(jì)算得出的最大彎矩為61.43 kN·m,最小彎矩為 -84.16 kN·m,最大軸力為-671.1 kN,最小軸力為-1 171 kN;時(shí)程分析法計(jì)算得出的最大彎矩為58.78 kN·m,最小彎矩為 -80.94 kN·m,最大軸力為 -662.3 kN,最小軸力為 -1 158 kN。兩種方法計(jì)算得出的彎矩與軸力數(shù)值相差不大,說明在E2地震荷載作用下,兩種方法基本一致。

      表2 反應(yīng)位移法彎矩與軸力值

      表3 時(shí)程分析法彎矩與軸力值

      2)位移分析比較(表 4、表 5,圖6、圖7)

      在城市地鐵隧道抗震中,較為明顯的就是隧道中關(guān)鍵點(diǎn)位移分析。運(yùn)用兩種方法,分別作用E2和E3地震波,計(jì)算隧道關(guān)鍵點(diǎn)位移。

      由表4和圖6可知:在E2地震波的作用下,利用反應(yīng)位移法得出的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)1、點(diǎn)6、點(diǎn)11和點(diǎn)16的水平位移分別為 11.83,6.67,0.87和 6.67 mm,拱頂和拱底相對(duì)位移最大值為1.50 mm;通過動(dòng)力時(shí)程分析法得出的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)水平位移分別為11.23,6.02,0.55和5.99 mm,拱頂和拱底相對(duì)位移最大值為1.92 mm;相對(duì)誤差分別為5.10%,9.71%,37.10%和10.16%。

      表4 E2地震節(jié)點(diǎn)水平位移相對(duì)誤差

      圖6 E2地震關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位移對(duì)比

      圖7 E3地震關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位移對(duì)比

      由表5和圖7可知:在E3地震波的作用下,反應(yīng)位移法得出的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)1、點(diǎn)6、點(diǎn)11和點(diǎn)16的水平位移分別為 24.56,13.84,1.80和 13.84 mm,拱頂和拱底相對(duì)位移最大值為3.23 mm;通過時(shí)程分析法得出的節(jié)點(diǎn)水平位移分別為24.02,12.89,1.13和13.02 mm,拱頂和拱底相對(duì)位移最大值為3.97 mm;相對(duì)誤差分別為2.22%,6.83%,37.36%和5.89%。

      由以上分析可知,反應(yīng)位移法計(jì)算的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的水平位移與時(shí)程分析法計(jì)算的水平位移在數(shù)值上很接近,兩者基本一致。

      3 結(jié)論

      以西安地鐵某號(hào)線A站—B站盾構(gòu)地鐵區(qū)間隧道為背景進(jìn)行抗震分析,相同條件下對(duì)反應(yīng)位移法和時(shí)程分析法進(jìn)行分析對(duì)比,主要結(jié)論如下:

      1)反應(yīng)位移法與時(shí)程分析法均能很好地體現(xiàn)地震時(shí)地下結(jié)構(gòu)的位移特性和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,充分反映了地震的動(dòng)力特性對(duì)地鐵隧道的影響。

      2)采用反應(yīng)位移法和時(shí)程分析法,對(duì)本工程地質(zhì)條件下地鐵隧道進(jìn)行內(nèi)力和水平位移進(jìn)行分析對(duì)比,說明兩種方法均可在本工程抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)用,且可互相驗(yàn)證,進(jìn)而可推廣到其他類似地下工程中。

      3)反應(yīng)位移法和時(shí)程分析法均具有一定的局限性,在工程實(shí)踐中都有無法避免的缺點(diǎn),在以后考慮問題全面性上還需做進(jìn)一步研究。

      [1]于翔,陳啟亮,趙躍堂,等.地下結(jié)構(gòu)抗震研究方法及其現(xiàn)狀[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào),2000,1(5):63-69.

      [2]耿萍,張景,何川,等.隧道橫斷面反應(yīng)位移法基本原理及其應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013,32(增 2):3478-3485.

      [3]劉晶波,王文暉,張小波,等.地下結(jié)構(gòu)橫斷面地震反應(yīng)分析的反應(yīng)位移法研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013,32(1):163-167.

      [4]川島一彥.地下構(gòu)造物の耐震設(shè)計(jì)[M].東京:鹿島出版會(huì),1994.

      [5]劉晶波,王文暉,趙冬冬,等.地下結(jié)構(gòu)抗震分析的整體式反應(yīng)位移法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013,32(8):1618-1624.

      [6]中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50909—2014 城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2014.

      [7]來慶杰.時(shí)程分析的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)研究,2013,191(1):60-63.

      [8]王偉.反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法在高層抗震計(jì)算中的對(duì)比分析[D].廣州:華南理工大學(xué),2012.

      [9]禹海濤,袁勇,張中杰,等.反應(yīng)位移法在復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)抗震中的應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2011,7(5):857-862.

      [10]吳小峰,孫啟國(guó),狄潔建,等.抗震分析反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法數(shù)值方法比較[J].西北地震學(xué)報(bào),2011,33(3):275-278.

      U452.2+8

      A

      10.3969/j.issn.1003-1995.2015.07.11

      1003-1995(2015)07-0035-04

      2015-03-01;

      2015-04-10

      王小林(1964— ),男,陜西藍(lán)田人,副教授,碩士。

      (責(zé)任審編 孟慶伶)

      猜你喜歡
      時(shí)程分析法抗震
      異步機(jī)傳統(tǒng)分析法之困難及其克服
      關(guān)于房建結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的思考
      模擬汶川地震動(dòng)持時(shí)的空間分布規(guī)律研究
      地震研究(2019年4期)2019-12-19 06:06:32
      古建抗震有絕招
      劑量水平與給藥時(shí)程對(duì)豆腐果苷大鼠體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)的影響
      抗震建筑材料簡(jiǎn)介
      上海建材(2018年6期)2018-03-21 06:24:28
      基于時(shí)間重疊分析法的同車倒卡逃費(fèi)探析
      層次分析法在SWOT分析法中的應(yīng)用
      他成了抗震搶險(xiǎn)的先鋒
      AHP和SWOT分析法在規(guī)劃編制中的應(yīng)用
      秀山| 松滋市| 甘孜| 保山市| 正蓝旗| 定州市| 武强县| 富锦市| 普陀区| 黄龙县| 手机| 新化县| 淮阳县| 涿鹿县| 河东区| 文登市| 长寿区| 乌审旗| 天津市| 来凤县| 安吉县| 北辰区| 天祝| 马尔康县| 永城市| 宜城市| 青海省| 东港市| 石河子市| 民县| 博湖县| 辽阳市| 鄂温| 西吉县| 象山县| 工布江达县| 和田市| 奉新县| 临泉县| 视频| 周至县|