文档介绍：抗震设计论文:隧道抗震设计研讨
本文作者:崔玉萍、孙玮泽、董军、董飞单位:中交路桥技术有限公司、北京建筑工程学院土木学院
本文拟结合北京地铁10号线车站的工程背景,引用相关文献提出的刚度折减理论,探索对结构损伤缺陷的简化描述;同时基于数值模拟仿真,研究其在不同运营阶段的地震动力响应规律。目的是为了揭示地铁隧道在疲劳损伤积累作用下的抗震动力学机理,并为进一步合理地改进和优化地铁隧道等地下结构的设计和施工、地下结构抗震设计规范的制定提供一定的参考依据。
初始损伤缺陷的描述与长期累积效应表达
根据相关的试验及文献研究,在长期的荷载及环境腐蚀等作用下,结构的劣化过程是由于诸如微裂缝、微孔洞等这样的初始损伤缺陷随运营时间的增加在不断发展,最后导致结构失效。事实上,对于既有地铁隧道而言,引起结构初始损伤缺陷的因素是多方面的,初始损伤缺陷的定义也是多方面的。例如,可以定义为施工质量方面导致的初始缺陷、工后运营过程中由于沉降导致的初始缺陷以及受邻近或穿越施工影响带来的初始缺陷等等。为了保证隧道结构在运营期间的安全,地铁隧道结构在长期运营动载作用下随时间的动力响应及初始缺陷的演变机理在不断得到人们的关注,尤其是初始缺陷长期累积作用下结构的抗震动力学行为。这里不妨采用前人文献试验研究,采用刚度折减理论来体现隧道结构衬砌初始缺陷及其在列车不同运营阶段的抗震动力特性。
力学模型与计算参数
1工程背景
本文以10号线双井车站由于列车振动所引起的隧道衬砌结构的动力响应为研究背景。10号线双井站为地下三层两跨(局部三跨)岛式站台车站,。车站地下一层为设备层,地下二层为站厅层,地下三层为站台层。车站南、北两段为地下三层明挖结构,中间段为地下一层暗挖结构。在图1中可以看出,北侧三层结构与中间暗挖段及中间暗挖段与南侧三层结构之间均有宽20mm的变形缝。由于变形缝的存在,因此,构想以变形缝为界,只考虑对双井站中间暗挖段结构衬砌进行动力响应分析。此举目的在于,变形缝起着减振的作用,三段结构彼此振动影响不大;建立模型时能使计算单元的数量大大减少,即提高了计算运行速度,又能得到较理想的计算精度。
2基于FLAC3D地震响应的三维模型的建立
考虑到边界效应和地下结构开挖所影响的范围,××。网格大小划分满足Kuhlemeyer和Lysmer通过模型的波传播精度的表达式,就是单元的空间尺寸ΔL,必须小于与输入波的最大频率相应的波长的1/8~1/10。10号线双井站模型示意图如图2所示。
3模型边界条件及计算参数的确定
根据北京地铁10号线双井站的地质资料,将土体视为均匀介质,并取土性参数的加权平均值作为计算参数。计算中采用不同的本构模型模拟不同的材料,对于各层土体采用莫尔-库仑(M-C)本构模型,隧道衬砌应用线弹性本构模型。衬砌混凝土力学参数如下:,,。静力计算时,模型四周分别约束相应的水平向位移,底部为竖向固定、水平自由的边界,上表面为自由边界。在设置动力边界条件及阻尼前,应将静力计算模型中的初始位移及初始速度设置为0。动力计算时,在模型四周边界上施加自由场边界条件,底部边界取为静态边界,上表面为自由边界。模