地下结构抗震设计理论与方法

目录

前言

第1章 绪论 1

1.1 地下建筑结构 1

1.1.1 地下建筑的概念与功能 1

1.1.2 地下建筑结构的主要形式 3

1.1.3 地下建筑的发展历史与前景 6

1.2 地下结构震害与地震反应特点 8

1.2.1 隧道结构震害 8

1.2.2 地铁车站结构震害 8

1.2.3 地下结构地震反应特点 10

1.3 地下结构抗震研究概况 11

1.3.1 地下结构抗震研究方法 11

1.3.2 地下结构抗震设计规范 14

参考文献 15

第2章 波动理论与分析方法 17

2.1 一维标准波动方程 17

2.1.1 一维标准波动方程概述 17

2.1.2 一维标准波动方程的通解 18

2.1.3 一维标准波动方程的频域解 19

2.1.4 波动方程时空周期性 20

2.2 无限各向同性弹性介质中的波 22

2.2.1 三维波动方程 22

2.2.2 位移势和波动方程 24

2.2.3 二维波动方程 26

2.2.4 平面波 27

2.3 定解问题及其求解方法 30

2.3.1 波动定解问题的主要类型 30

2.3.2 源问题和无穷远辐射条件 32

2.3.3 散射问题 33

2.3.4 近场波动问题分析方法 33

2.4 本章小结 39

参考文献 39

第3章 波动问题时域数值求解方法 40

3.1 连续固体介质波动问题显式有限元方法 40

3.1.1 连续介质空间离散化及其有限元模型 40

3.1.2 节点运动方程及其节点刚度、质量、阻尼系数 42

3.1.3 无阻尼体系节点运动方程的时域显式数值积分方法 49

3.1.4 一般阻尼体系节点运动方程的时域显式数值积分方法 49

3.2 时空离散网格模型中的波动 50

3.2.1 频散方程 50

3.2.2 截止频率、低通效应和混淆效应 51

3.2.3 时空离散网格模型中的频散效应 53

3.2.4 寄生振荡 54

3.2.5 时空离散网格模型的稳定性 57

3.2.6 离散化数值模拟的精度和实用离散准则 59

3.3 本章小结 60

参考文献 60

第4章 结构抗震减震设计理论和分析方法简介 61

4.1 地震动及其工程特性 61

4.1.1 地震动的工程特性 61

4.1.2 近场地震动特性 65

4.1.3 强震地面运动模拟 68

4.2 抗震设计理论 71

4.2.1 抗震设计理论的发展 71

4.2.2 抗震概念设计 73

4.2.3 基于性能的抗震设计 73

4.3 反应谱及反应谱分析方法 76

4.3.1 地震动反应谱 77

4.3.2 多自由度体系的反应谱法 81

4.4 本章小结 83

参考文献 84

第5章 岩土类材料的本构模型 86

5.1 岩土类材料的强度准则 86

5.1.1 广义非线性强度准则 87

5.1.2 非线性统一强度准则 89

5.2 土的等效线性黏弹性本构模型 92

5.3 土的弹塑性本构模型 94

5.3.1 屈服函数 94

5.3.2 硬化参数 96

5.3.3 塑性势函数 98

5.3.4 应力-应变关系 98

5.3.5 模型分析 100

5.4 混凝土的弹塑性损伤本构模型 102

5.4.1 混凝土三维弹塑性本构模型 102

5.4.2 混凝土材料三维弹塑性损伤本构模型 105

5.5 非正交弹塑性本构模型 108

5.5.1 非正交塑性流动法则 109

5.5.2 土的三维非正交弹塑性本构模型 111

5.5.3 混凝土非正交弹塑性本构模型 117

5.6 本章小结 122

参考文献 122

第6章 土-地下结构体系地震反应分析方法 125

6.1 时域整体分析方法概述 125

6.2 黏弹性人工边界条件 126

6.2.1 固体介质的黏弹性人工边界 127

6.2.2 两相介质的黏弹性人工边界 129

6.3 场地地震反应和地震动输入方法 138

6.3.1 水平成层场地的地震反应分析 138

6.3.2 土-结构系统地震反应整体分析模型中的地震作用确定 142

6.4 方法的验证 143

6.4.1 场地地震反应分析 145

6.4.2 土-结构系统地震反应分析 146

6.5 刚性基岩条件下几类地震输入方法的比较研究 149

6.5.1 场地地震反应分析 151

6.5.2 土-结构系统地震反应分析 152

6.6 非线性分析的初始应力条件 156

6.7 基于等效线性化的时域整体分析方法 157

6.7.1 一维场地地震反应的等效线性化分析 157

6.7.2 基于场地等效线性化参数的土-结构系统地震反应分析 159

6.8 本章小结 160

参考文献 161

第7章 土-地下结构体系地震反应模型试验 167

7.1 离心机振动台与1-g振动台试验技术特点简介 167

7.2 土-地下结构体系振动台试验组织 168

7.2.1 试验开展要点 168

7.2.2 试验组织及实施步骤 169

7.3 土-地下结构体系相似比设计 169

7.4 地下结构振动台模型试验设备研发及应用 172

7.4.1 模型土箱研发背景与基本原则 172

7.4.2 土-地下结构体系物理量的传感与测试 175

7.5 模型地基及结构的制备技术 176

7.5.1 模型地基的制备方法 176

7.5.2 模型结构设计原理及制备方法 177

7.6 输入地震动及加载方案 179

7.7 振动台模型试验数据处理 179

7.7.1 振动信号预处理 179

7.7.2 振动信号频域分析 180

7.7.3 力信号处理方法 180

7.8 典型地下结构模型试验案例 181

7.8.1 框架式地下地铁车站结构1-g振动台模型试验 181

7.8.2 地基-地下结构体系土工离心机模型试验 190

7.8.3 考虑竖向地震作用的地下框架结构地震损伤反应

离心机振动台模型试验 201

7.9 本章小结 215

参考文献 216

第8章 地下结构地震反应特征及参数影响分析 218

8.1 土-结构系统参数影响分析 218

8.1.1 计算模型 218

8.1.2 结构惯性对地下结构地震反应的影响 221

8.1.3 土层惯性对地下结构地震反应的影响 223

8.1.4 土-结构柔度比对地下结构地震反应的影响 225

8.1.5 埋深对地下结构地震反应的影响 228

8.1.6 土-结构界面接触对地下结构地震反应的影响 233

8.2 地震动参数影响分析 235

8.2.1 地震动作用方式对地下结构地震反应的影响 235

8.2.2 近、远场地震动对地下结构地震反应的影响 237

8.2.3 地震动入射角度对地下结构地震反应的影响 241

8.2.4 地震动峰值参数对地下结构地震反应的影响 247

8.2.5 截面断面形式的影响 254

8.3 本章小结 262

参考文献 263

第9章 地下结构地震破坏机理与失效模式分析 265

9.1 大开地铁车站工程概况与震害现象 265

9.1.1 阪神地震中地铁车站和区间隧道震害 265

9.1.2 大开地铁车站震害分析 267

9.2 大开地铁车站地震破坏影响因素分析 274

9.2.1 地震动作用方式对大开地铁车站地震反应的影响 274

9.2.2 场地条件对车站结构地震反应的影响 275

9.2.3 大开地铁车站不同断面处的地震反应 277

9.3 大开地铁车站地震破坏机理 282

9.3.1 地震破坏影响因素与成灾原因综述 282

9.3.2 大开地铁车站地震破坏过程模拟 286

9.3.3 地下结构地震破坏机理 290

9.3.4 地下结构构件承载功能 296

9.4 地下框架结构地震破坏机理模型试验验证 297

9.5 本章小结 299

参考文献 299

第10章 地下结构抗震性能评价 302

10.1 工程结构抗震性能评价的理论与方法 302

10.2 地下结构抗震性能评价指标 313

10.2.1 性能水准划分与指标标定方法 313

10.2.2 水平地震动作用下性能指标标定 315

10.2.3 水平竖向地震动共同作用下性能指标标定 320

10.3 典型地下结构的地震易损性分析 322

10.3.1 场地计算模型 322

10.3.2 土-结构相互作用计算模型 322

10.3.3 地震动记录选取 326

10.3.4 地震动强度指标选取 329

10.3.5 地下结构的地震易损性分析 333

10.4 地下结构极限抗震能力分析方法 337

10.4.1 破坏比的概念 338

10.4.2 地震记录选取 339

10.4.3 结构抗震限值分析方法 341

10.4.4 地下结构极限抗震能力 342

10.4.5 地下结构抗震能力影响因素分析 343

10.5 本章小结 346

参考文献 346

第11章 地下结构减震控制 350

11.1 截断柱 350

11.2 分体柱 356

11.3 叠层加芯柱 360

11.4 橡胶支座 364

11.5 滑动摩擦支座 369

11.6 摩擦摆支座 373

11.7 圆弧凹槽滚轴支座 378

11.8 本章小结 384

参考文献 384

第12章 地下结构抗震简化分析方法 386

12.1 地震系数法 386

12.1.1 计算模型 387

12.1.2 方法特点 389

12.2 自由场变形法 390

12.2.1 计算模型 390

12.2.2 方法特点 391

12.3 柔度系数法 391

12.3.1 计算模型 391

12.3.2 方法特点 393

12.4 反应位移法 393

12.4.1 计算模型一 393

12.4.2 计算模型二 397

12.4.3 计算模型三 399

12.4.4 方法特点 402

12.5 反应加速度法 402

12.5.1 计算模型 403

12.5.2 方法特点 404

12.6 Pushover分析方法 404

12.6.1 计算模型 405

12.6.2 方法特点 406

12.7 惯性力-位移法 406

12.7.1 计算模型一 406

12.7.2 计算模型二 408

12.7.3 方法特点 410

12.8 改进的Pushover分析方法 410

12.8.1 计算模型 410

12.8.2 方法特点 411

12.9 反应谱法 411

12.9.1 计算模型 411

12.9.2 方法特点 413

12.10 实例分析 413

12.10.1 计算参数与模型 413

12.10