黄土场地条件下设诱导缝地铁车站地震响应研究

作     者：王玉铃 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王毅红

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081401[工学-岩土工程] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：黄土地区 等效线性化 地铁车站 诱导缝 数值模拟 地震响应 

摘      要：本论文依托于陕西省自然科学基础研究计划:黄土场地条件下地铁车站结构诱导缝地震破坏机理与抗震性能评估(2020JM-234)。黄土是一种典型的第四纪松散沉积物,独特的生成环境和物质来源使其形成特殊的大孔性、欠固结和非饱和的多孔隙弱胶结架空结构;由于黄土的特殊结构性和水敏感性,使得黄土地区震害十分严重。为避免因温度应力、混凝土收缩、徐变以及地基不均匀沉降等引起地铁车站结构发生无序开裂,通常沿地铁车站结构纵向设置诱导缝;在诱导缝处截断部分纵向钢筋减少对混凝土的约束,降低截面刚度,使横向裂缝集中出现在该处以释放结构纵向内力。随着诱导缝在多个大、中城市的已建和在建地铁工程中广泛应用,黄土场地条件下设诱导缝地铁车站的抗震性能却还未得到验证,相关抗震理论尚不成熟。因此开展黄土场地条件下设诱导缝地铁车站地震响应研究,为黄土地区设诱导缝地下结构的抗震性能评估和抗震设计提供依据,有效减轻结构地震灾害,具有重要的理论意义和实用价值。论文主要研究内容和成果如下:(1)归纳了国内外地铁地下结构抗震分析研究现状,提出了本文研究内容;论述了土-结构体系整体动力时程分析方法的具体实现过程,分析了黄土场地条件下地铁车站地震响应分析的关键问题及解决方法。(2)基于土-结构体系整体动力时程分析方法建立黄土场地地铁车站地震响应三维精细化数值模型,并与课题组已完成的黄土场地地铁车站振动台试验进行对比;分析数值模拟与振动台试验中土体及结构的加速度和水平位移反应,验证本文建立的三维精细化数值模型较可靠地模拟了黄土场地与地铁车站相互作用体系的地震反应。(3)建立黄土场地-设诱导缝地铁车站体系地震反应三维数值模型,研究不同频谱特性和不同峰值加速度地震波作用下黄土场地中设诱导缝地铁车站的地震响应规律。结果表明:低频成分更丰富的地震波作用下,黄土-地铁车站结构体系动力响应更加剧烈,且诱导缝两侧结构因整体质量差异会产生不同的加速度反应;地铁车站结构各断面处混凝土受压损伤和受拉损伤分布基本一致,结构中柱损伤最为严重,随地震强度增大结构损伤程度加深、损伤范围逐渐扩大;诱导缝断面为地铁车站结构薄弱截面,诱导缝两侧结构水平相对滑动沿地铁车站结构从下往上逐渐增大,竖向相对错动沿地铁车站截面宽度方向总体呈现出两端较大、中间相对较小的规律,随地震强度增大,诱导缝两侧结构水平相对滑动越大,竖向相对错动反而较小。(4)不同因素对地铁车站诱导缝地震响应的影响研究表明,地铁车站结构纵向不均匀性和黄土场地不均匀性会对诱导缝两侧结构水平相对滑动和竖向相对错动产生影响;增加诱导缝处余留纵向钢筋配筋率,可减小诱导缝两侧结构水平相对滑动和竖向相对错动,且诱导缝断面底板处设置键槽对控制底层诱导缝两侧结构水平相对滑动有一定作用,对防止诱导缝两侧结构发生竖向相对错动效果显著。