输水箱涵的抗震分析

论文摘要

近年来随着人类对地下空间的大规模开发,地下结构的抗震问题便成为了城市工程抗震和防灾减灾研究的重要课题。在地下结构中,以明挖方式施工的浅埋箱涵结构的应用较为广泛。但是,关于箱涵结构的抗震设计没有专门的规范可循,在抗震设防标准、分析方法和安全评价方面都缺乏相应的规定。埋地输水箱涵结构作为地下结构的一种,表现出与管道地震反应很大的相似性,但是又有所不同,表现在横向刚度较一般的管道大很多,与周围介质的相互作用较为突出。因此,本文借鉴管道及地铁隧道等地下结构的抗震经验,结合工程实例,对埋地箱涵的地震反应进行了系统的分析。另外,对架空于山体间某箱涵段的抗震稳定性也进行了研究。本文的主要工作如下:1.对课题研究的意义、输水箱涵结构的地震响应特征及抗震分析要点、箱涵地震响应分析方法以及基本思路进行了综述;2.对动力有限元分析理论及箱涵地震反应分析的相关问题进行总结;3.进行了场地地震反应分析,结合实际工程计算出结构抗震分析中需要的地震动参数;4.结合场地分析参数,对埋地箱涵横截面抗震问题进行分析。着重系统地讨论了反应位移法中的重要影响因素,并运用有限元法进行分析比较;5.进一步对箱涵纵向拉压及弯曲变形进行了数值模拟,并对结构的柔性接头问题进行简化处理,并比较了接头刚度对结构地震反应的影响;6.对架空于山体间某箱涵段的抗震稳定性进行了分析。7.最后分析了本文研究工作的不足,并对后续工作提出了建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 地下结构的震害及地震反应特点
• 1.3 地下结构在地震中的变形型式
• 1.4 现有的地下结构抗震研究方法
• 1.5 本论文主要工作
• 第二章 输水箱涵抗震分析基本理论
• 2.1 动力时程法分析中的基本问题
• 2.1.1 动力时程分析中时间步长、单元网格划分及阻尼问题
• 2.1.2 人工边界及地震波输入
• 2.2 一维场地地震反应分析基本理论
• 2.2.1 SHAKE91程序介绍
• 2.2.1.1 土层响应基本理论
• 2.2.1.2 等效线性化原理
• 2.2.2 场地反应中基岩面的选择
• 2.3 反应位移法基本理论
• 2.4 地震时水体-结构的动力相互作用
• 2.4.1 附加质量法
• 2.4.2 Housner模型法
• 2.4.3 ALE有限元法
• 2.5 本章小结
• 第三章 地震作用下自由场地的反应
• 3.1 场地地震反应分析简述
• 3.2 工程地质资料
• 3.3 输入地震加速度时程
• 3.4 场地地震反应分析结果
• 3.4.1 天然场地地震反应分析
• 3.4.2 人工回填场地地震反应分析
• 3.4.3 位移及速度时程
• 3.5 场地地震反应分析评价
• 第四章 埋地箱涵横截面地震反应计算
• 4.1 反应位移法中土弹簧刚度的确定
• 4.2 横断面抗震反应分析
• 4.2.1 反应位移法
• 4.2.2 动力有限元法
• 4.2.2.1 箱涵内无水的动力有限元计算结果
• 4.2.2.2 箱涵充满水的动力有限元计算结果
• 4.2.3 反应位移法与动力有限元法计算结果比较
• 4.2.4 箱涵内无水与箱涵内充满水动力时程法计算结果比较
• 4.3 本章小结
• 第五章 埋地箱涵的纵向抗震简化分析
• 5.1 分析方法
• 5.2 计算模型
• 5.3 柔性接头模拟
• 5.4 箱涵外围土弹簧
• 5.5 输入位移场
• 5.6 计算工况
• 5.7 结果与分析
• 5.7.1 箱涵接头处变位
• 5.7.2 结果分析
• 5.8 本章小结
• 第六章 大型输水箱涵结构的抗震稳定性分析
• 6.1 工程概况
• 6.2 抗震稳定性安全系数
• 6.3 计算基本参数资料
• 6.4 计算模型及工况
• 6.5 抗震稳定性核算
• 6.5.1 反应谱法计算结果
• 6.5.2 动力时程法计算结果
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 后续工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢