• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

用于地下结构地震反应分析的改进反应加速度法

刘春峰 屈永强 许紫刚

刘春峰,屈永强,许紫刚,2021. 用于地下结构地震反应分析的改进反应加速度法. 震灾防御技术,16(4):710−716. doi:10.11899/zzfy20210412. doi: 10.11899/zzfy20210412
引用本文: 刘春峰,屈永强,许紫刚,2021. 用于地下结构地震反应分析的改进反应加速度法. 震灾防御技术,16(4):710−716. doi:10.11899/zzfy20210412. doi: 10.11899/zzfy20210412
Liu Chunfeng, Qu Yongqiang, Xu Zigang. An Improved Response Acceleration Method for Seismic Analysis of Underground Structures[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2021, 16(4): 710-716. doi: 10.11899/zzfy20210412
Citation: Liu Chunfeng, Qu Yongqiang, Xu Zigang. An Improved Response Acceleration Method for Seismic Analysis of Underground Structures[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2021, 16(4): 710-716. doi: 10.11899/zzfy20210412

用于地下结构地震反应分析的改进反应加速度法

doi: 10.11899/zzfy20210412
基金项目: 国家自然科学基金青年项目(52108453);江西省自然科学基金青年项目(20212BAB214014);江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ200636);江西省交通运输厅科技项目(2021Z0004)
详细信息
    作者简介:

    刘春峰,男,生于1983年。讲师。主要从事隧道与地下工程领域研究。E-mail:157517392@qq.com

    通讯作者:

    许紫刚,男,生于1992年。讲师。主要从事地震工程与防灾工程领域研究。E-mail:xuzigang1027@163.com

An Improved Response Acceleration Method for Seismic Analysis of Underground Structures

  • 摘要: 为考虑结构的存在对反应加速度法中地震输入荷载的影响,基于《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909—2014)中的反应加速度法,提出将土-结构模型转换为自由场模型的等效方式进行地震反应分析。采用等效自由场进行地震输入荷载计算,近似地考虑了结构的存在对地震输入荷载的影响,以期提高反应加速度法的计算精度。使用有限元软件ABAQUS,采用改进前后反应加速度法对日本大开车站不同工况下的地震反应进行计算。研究结果表明,采用等效自由场计算的地震输入荷载有效提高了反应加速度法的计算精度。在验证等效方式有效性的基础上,分析等效模型宽度的选取对反应加速度法计算结果的影响,建议等效模型边界至结构侧边的距离取为1~3倍结构宽度。
  • 图  1  反应加速度法计算模型

    Figure  1.  Response acceleration calculation model

    图  2  改进模型示意

    Figure  2.  Schematic diagram of the model

    图  3  等效步骤

    Figure  3.  Equivalent steps

    图  4  模型宽度

    Figure  4.  Model width

    图  5  大开车站标准断面(单位:m)

    Figure  5.  Standard cross-section of Dakai subway station (Unit: m)

    图  6  土-结构整体分析模型

    Figure  6.  Analysis model of soil-structure system

    图  7  典型砂土和黏土动力特性曲线

    Figure  7.  Dynamic characteristic curves of sand and clay

    图  8  加速度时程曲线

    Figure  8.  Acceleration time history curves

    图  9  结构变形与内力误差对比

    Figure  9.  Deformation and internal force error comparison

    表  1  土层参数表

    Table  1.   Physical properties of soils

    分层土质厚度/m密度/(t·m−3)剪切波速/(m·s−1)泊松比
    1填土11.91400.333
    2砂土4.11.91400.488
    3砂土3.21.91700.493
    4黏土3.11.91900.494
    5黏土5.81.92400.490
    6砂土222.03300.487
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    表  2  不同地震作用下结构内力与变形

    Table  2.   Internal force and deformation of structure under different earthquake load

    地震动幅值计算方法顶、底板相对位移/mm中柱底部弯矩/
    [(kN·m)·m−1]
    中柱底部剪力/
    (kN·m−1)
    侧墙底部弯矩/
    [(kN·m)·m−1]
    Kobe 0.1 g 动力时程分析法 5.77 36.12 11.09 358.40
    RAM-1 5.56(3.66%) 34.06(5.70%) 10.48(5.50%) 341.50(4.72%)
    RAM-2 5.71(1.04%) 35.00(3.10%) 10.78(2.80%) 351.20(2.01%)
    0.2 g 动力时程分析法 16.93 102.70 30.88 887.30
    RAM-1 16.17(4.47%) 99.31(3.30%) 30.80(0.26%) 879.50(0.88%)
    RAM-2 16.44(2.86%) 102.00(0.68%) 30.51(1.20%) 877.00(1.16%)
    0.3 g 动力时程分析法 31.15 187.50 55.97 1476.00
    RAM-1 30.30(2.76%) 181.70(3.09%) 54.43(2.75%) 1447.00(1.96%)
    RAM-2 30.94(0.67%) 185.50(1.07%) 55.44(0.95%) 1474.00(0.14%)
    EL Centro 0.1 g 动力时程分析法 14.12 86.02 26.09 771.40
    RAM-1 13.41(5.02%) 81.68(5.05%) 25.04(4.02%) 741.00(3.94%)
    RAM-2 13.61(3.62%) 83.07(3.43%) 25.59(1.92%) 755.90(2.01%)
    0.2 g 动力时程分析法 26.73 160.40 47.59 1288.00
    RAM-1 25.36(5.15%) 151.70(5.42%) 45.47(4.45%) 1241.00(3.65%)
    RAM-2 26.12(2.30%) 156.30(2.56%) 46.82(1.62%) 1278.00(0.78%)
    0.3 g 动力时程分析法 38.75 231.60 68.07 1755.00
    RAM-1 35.48(8.44%) 210.60(9.07%) 62.24(8.56%) 1628.00(7.24%)
    RAM-2 37.51(3.22%) 222.10(4.10%) 65.35(4.00%) 1704.00(2.91%)
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    表  3  不同模型宽度-B下结构内力与变形

    Table  3.   Internal force and deformation of structure with different model width

    计算方法模型宽度-B/
    结构宽度
    顶、底板相对
    位移/mm
    中柱底部弯矩/
    [(kN·m)·m−1]
    中柱底部剪力/
    (kN·m−1)
    侧墙底部弯矩/
    [(kN·m)·m−1]
    动力时程分析法5.7736.1211.09358.40
    RAM-15.56(3.66%)34.06(5.70%)10.48(5.50%)341.50(4.72%)
    RAM-215.98(3.67%)36.67(1.52%)11.31(1.98%)368.80(2.90%)
    25.78(0.16%)35.42(1.94%)10.92(1.53%)355.50(0.81%)
    35.71(1.04%)35.00(3.10%)10.78(2.80%)351.20(2.01%)
    45.65(2.05%)34.64(4.10%)10.68(3.70%)347.70(2.99%)
    55.63(2.49%)34.49(4.51%)10.64(4.06%)346.20(3.40%)
    75.53(4.16%)33.90(6.15%)10.46(5.68%)340.20(5.08%)
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  • 收稿日期:  2021-03-24
  • 刊出日期:  2021-12-31

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