重大工程的动力灾变学术著作丛书 “十三五”国家重点出版物出版规划项目 地铁地下结构抗震PDF电子书下载

第1章 地下结构抗震概述 1

1.1 引言 1

1.2 地下结构震害特征 5

1.3 地下结构抗震研究方法与现状 8

1.3.1 地下结构动力模型试验方法 8

1.3.2 地下结构地震反应计算方法 18

1.4 本书内容安排 25

参考文献 28

第2章 地下结构邻近土体的动力学特性 36

2.1 引言 36

2.2 土体的动剪切模量与阻尼比 37

2.2.1 小应变动剪切模量 37

2.2.2 动剪切模量和阻尼比与剪应变幅的经验关系 39

2.3 土的动应力-应变关系特征及其物理模型 44

2.3.1 土的动应力-应变关系特征 44

2.3.2 土动力学特性的物理模型 47

2.4 土的常用黏弹性动力学本构模型 49

2.4.1 双曲线模型 49

2.4.2 修正Davidenkov模型 52

2.4.3 修正Matasovic模型 58

2.4.4 修正Davidenkov模型与Matasovic模型的比较 59

2.5 软土黏弹塑性动力学本构模型 61

2.5.1 黏塑性记忆型嵌套面本构模型的建立 62

2.5.2 黏塑性记忆型嵌套面本构模型的验证 67

2.6 饱和砂土液化大变形动力学本构模型 69

2.6.1 砂土液化大变形本构模型的建立 69

2.6.2 砂土液化大变形本构模型的验证 73

参考文献 76

第3章 土与地下结构非线性动力相互作用的有限元法 79

3.1 引言 79

3.2 土与地下结构动力相互作用的基本原理 79

3.3 混凝土非线性动力学损伤本构模型 82

3.3.1 混凝土动力损伤变量的概念 83

3.3.2 模型屈服函数与流动法则 84

3.3.3 混凝土动力损伤模型参数的确定 85

3.4 土与地下结构的动力接触 86

3.4.1 接触面的动力学行为特征 87

3.4.2 动力接触问题的数值算法 88

3.4.3 动力接触效应对地下结构地震反应的影响 89

3.5 相互作用体系的几何非线性 96

3.6 计算模型地基的人工边界 96

3.7 地震基岩面的地震动输入 102

3.7.1 基岩地震动输入 102

3.7.2 输入地震动的选取 103

3.7.3 代表性的地震记录简介 104

3.8 非线性动力相互作用平衡方程的求解 108

3.8.1 基于隐式算法的动力平衡方程积分法 108

3.8.2 基于显式算法的动力平衡方程积分法 110

3.8.3 动力相互作用体系两种算法的对比 111

参考文献 117

第4章 土-地下结构体系振动台试验方法与技术 120

4.1 引言 120

4.2 多介质耦合模型试验体系相似比设计 121

4.2.1 相似比量纲分析方法 121

4.2.2 土-地下结构相互作用体系相似比设计原则 122

4.3 振动台模型土箱的研制与测试 123

4.3.1 刚性模型土箱的研制与试验验证 123

4.3.2 叠置柔性土箱的研制与试验验证 128

4.4 模型地基和模型结构制作技术 136

4.4.1 模型地基制作技术 136

4.4.2 模型结构制作技术 137

4.5 模型试验动力测试技术 139

4.5.1 动态信号采集系统的研制 139

4.5.2 非接触性静、动态位移测试技术 142

4.5.3 光纤Bragg光栅应变测试技术 153

参考文献 157

第5章 两层三跨框架式地铁地下车站结构抗震研究 159

5.1 引言 159

5.2 软土场地两层三跨地铁地下车站结构振动台模型试验 160

5.2.1 模型试验概况 160

5.2.2 模型试验结果与分析 164

5.3 软土场地两层三跨框架式地铁地下车站结构地震反应数值模拟 167

5.3.1 地下车站结构的地震反应特征 167

5.3.2 软弱层埋深对地下车站结构地震反应的影响 177

5.3.3 软弱层厚度对地下车站结构地震反应的影响 185

5.4 可液化场地两层三跨框架式地铁地下车站结构振动台模型试验 192

5.4.1 模型试验概况 192

5.4.2 模型试验结果与分析 195

5.5 可液化场地两层三跨框架式地下车站结构地震反应数值模拟 210

5.5.1 计算模型 210

5.5.2 车站结构周围地基的液化特性 210

5.5.3 液化场地车站结构的上浮行为及其影响 212

5.5.4 液化场地车站结构的地震反应特征 213

5.6 覆盖层厚度对地铁地下车站结构地震反应的影响 216

5.6.1 覆盖层厚度对车站结构加速度反应的影响 217

5.6.2 覆盖层厚度对车站结构侧向变形的影响 219

5.6.3 覆盖层厚度对车站结构应力反应的影响 220

5.7 侧向地连墙对地铁地下车站结构地震反应的影响 221

5.7.1 数值计算方法 222

5.7.2 地连墙对车站结构底部地震动的影响 222

5.7.3 地连墙对车站主体结构侧向变形的影响 224

5.7.4 地连墙对车站结构顶底接触面摩擦剪力的影响 225

5.7.5 地连墙对车站结构地震破坏模式的影响 227

5.8 两层三跨框架式地铁地下车站结构抗震设计建议 229

5.8.1 软土场地地下车站结构抗震设计建议 229

5.8.2 可液化场地地下车站结构抗震设计建议 230

参考文献 231

第6章 三层三跨框架式地铁地下车站结构的抗震研究 233

6.1 引言 233

6.2 软弱场地三层三跨框架式车站结构振动台模型试验 234

6.2.1 模型试验设计 234

6.2.2 振动台试验结果与分析 237

6.2.3 模型试验与数值分析结果的对比 248

6.3 软土场地地下车站结构地震反应数值模拟 257

6.3.1 计算模型 257

6.3.2 车站结构的地震损伤及应力 258

6.3.3 车站结构的变形 262

6.3.4 车站结构加速度反应 264

6.4 可液化场地地下车站结构地震反应模型试验 266

6.4.1 模型试验设计 266

6.4.2 非破坏性振动台试验的结果与分析 270

6.4.3 破坏性振动台试验的结果与分析 298

6.4.4 模型试验与数值模拟的结果对比 305

6.5 不同场地条件下模型试验结果的对比 320

6.5.1 地基加速度反应的对比 320

6.5.2 地下车站结构侧向变形的对比 322

6.5.3 地表震陷特征 322

6.6 三层三跨框架式地下车站结构抗震设计建议 323

6.6.1 软土场地地下车站结构抗震设计建议 323

6.6.2 可液化场地地下车站结构抗震设计建议 324

参考文献 324

第7章 特殊结构形式的地铁地下车站结构抗震研究 326

7.1 引言 326

7.2 三拱立柱式地下车站结构的振动台模型试验 327

7.2.1 振动台模型试验设计 327

7.2.2 振动台模型试验结果与分析 332

7.3 三拱立柱式地下车站结构地震反应的数值模拟 354

7.3.1 计算模型 354

7.3.2 车站结构的地震损伤及应力 356

7.3.3 车站结构的水平向加速度反应 358

7.3.4 车站结构的水平向相对位移反应 359

7.4 上下层不等跨框架式地下车站地震反应的数值模拟 363

7.4.1 计算模型 363

7.4.2 车站结构的侧向位移反应 365

7.4.3 车站结构的应力反应 367

7.4.4 车站结构的地震损伤过程 369

7.4.5 车站结构侧墙的动土压力作用 372

7.5 含中柱支撑夹层板框架式地下车站结构地震反应的数值模拟 373

7.5.1 计算模型 373

7.5.2 车站结构的侧向变形 374

7.5.3 车站结构的应力反应 375

7.5.4 车站结构的加速度反应 378

7.5.5 车站结构的损伤过程 379

7.6 特殊结构形式地铁地下车站结构抗震设计建议 380

7.6.1 三拱立柱式地下车站结构抗震设计建议 380

7.6.2 上下不等跨数地下车站结构地震反应规律与抗震设计建议 380

7.6.3 含中柱支撑夹层板地下车站结构抗震设计建议 381

参考文献 382

第8章 地铁区间隧道地震反应的数值模拟 384

8.1 引言 384

8.2 双线水平平行地铁区间隧道的抗震分析 385

8.2.1 计算模型 385

8.2.2 区间隧道水平向位移和加速度反应 389

8.2.3 区间隧道的内力反应 394

8.3 双层竖向重叠隧道的抗震分析 406

8.3.1 计算模型 406

8.3.2 隧道结构的变形 407

8.3.3 隧道的应力反应 410

8.3.4 隧道结构的水平向加速度 411

8.4 交叉隧道的抗震分析 413

8.4.1 计算模型 413

8.4.2 交叉地铁隧道的相对水平位移反应 414

8.4.3 交叉地铁隧道交叉段的应力反应 417

8.4.4 交叉地铁隧道交叉段的水平向加速度反应 422

8.5 区间隧道抗震设计建议 423

8.5.1 水平双线平行隧道抗震设计建议 423

8.5.2 双层竖向重叠隧道抗震设计建议 424

8.5.3 交叉隧道抗震设计建议 425

参考文献 425

第9章 地铁地下结构抗震设计的简化分析方法 427

9.1 引言 427

9.2 地震系数法 427

9.2.1 地震系数法原理 427

9.2.2 地震土压力计算方法 428

9.3 自由场变形法 430

9.3.1 自由场变形法原理 430

9.3.2 自由场变形的确定方法 431

9.3.3 计算实例 434

9.4 土-结构相互作用系数法 435

9.4.1 土-结构相互作用系数法基本原理 435

9.4.2 环形隧道的横向变形和内力 435

9.4.3 环形隧道的横向变形与内力 437

9.4.4 矩形隧道的横向变形和内力 440

9.4.5 计算实例 445

9.5 反应位移法 452

9.5.1 反应位移法原理 452

9.5.2 隧道和地下车站横向地震反应的反应位移法 453

9.5.3 隧道纵向地震反应的反应位移法 456

9.5.4 基于PROSHAKE和ABAQUS软件的反应位移法 457

9.5.5 反应位移法中自由场地侧向位移反应特征 458

9.5.6 计算实例 464

9.6 反应加速度法 467

9.6.1 反应加速度法原理 467

9.6.2 基于PROSHAKE和ABAQUS软件的反应加速度法 467

9.7 Pushover法 468

9.7.1 水平荷载分布形式 469

9.7.2 目标位移的确定 469

9.7.3 地下结构Pushover法计算步骤 470

9.7.4 计算实例 470

9.8 集中质量法 476

9.8.1 自由场地震分析的集中质量计算模型 476

9.8.2 地下结构地震反应的集中质量计算模型 476

9.8.3 运动方程 477

9.8.4 地震反应简化分析方法的参数确定 480

9.8.5 计算实例 483

9.9 不同抗震设计简化分析方法比较 488

参考文献 494