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题名： 地下结构地震反应位移法设计参数研究 作者： 王星尔 语种： chi 学科： 结构工程 学位： 硕士 学校： 南京工业大学 院系： 土木工程学院 专业： 结构工程 导师姓名： 徐秀丽 完成日期： 2014-06-10 题目(外文)： Research on Design Parameters of Seismic Response Displacement Method For Underground Structures 关键字(中文)： 反应位移法 地下结构 用户子程序 粘弹性边界单元 等效线性化方法 关键字(外文)： displacement response method underground structures user subroutines viscoelastic boundary element equivalent linear method 文摘： 对于一般城市地下结构（公路隧道、盾构隧道、地下管线等），运用较广泛且比较简便的抗震设计方法为反应位移法。反应位移法设计参数主要包括地层相对位移、土层剪应力和结构加速度，其中相对位移和土层剪应力占主导地位。规范选取这些设计参数时要做较精确的自由场分析以确定位移或剪应力，然而由于选取地震波差异会导致自由场地震分析的结果差别较大，难以取舍。规范同时规定参数也可按照简易公式来确定，而简易公式在同一场地类型得到的结果是唯一的，并没有考虑到该场地可能存在剪切波速范围差异较大的场地土，且安全因数过高，容易造成浪费。因此通过大量地震波工况下精确的自由场分析并归纳出简便易取的参数选值方式对实际工程应用具有很大实用价值。本文以反应位移法的设计参数为研究对象，首先，根据规范要求选用的一维场地地震分析软件EERA的理论基础，开发嵌入ABAQUS软件的子程序。其次，选用三类满足规范等效波速范围的典型场地土，分别选取24条近场及远场地震波，利用嵌入子程序的ABAQUS软件进行固定地震动加速度峰值（PGA）工况（72个）的自由场分析，并归纳出设计参数极值对应的地震波作为包络地震波（8条），随后利用包络地震波进行全部PGA工况（192个）的自由场地震分析，通过分析结果给出相应场地反应位移法设计参数取值范围。最后，分析包络地震波全部PGA工况下由于地下结构的存在（128个工况）与明挖覆土固结（128个工况）导致的围岩扰动对设计参数造成的影响。本文主要研究成果如下：（1）通过等效线性化方法扩大了粘弹性边界和波动输入应用范围，用基于ABAQUS二次开发的UTRACLOAD和DLOAD荷载子程序实现粘弹性边界波动输入，并用弹性地层数值算例验证了该程序的正确性。该成果为ABAQUS分析地震作用下土与结构相互作用（SSI）提供了应用基础。（2）利用UMAT子程序建立了岩土等效线性粘弹性模型，结合波动输入的荷载子程序，分别在均质非线性和成层非线性地层数值算例中分析其自由场数值解与EERA解析解偏差，分析结果表明其具有良好应用性和精度，同时也说明了在实际岩土工程地震时程分析时应该尽可能采用实际成层场地土分析，如用波速等效方法得到的均质地层进行分析，将会使地震反应明显小于实际情况。该成果同时拓展了ABAQUS软件岩土本构模型库。（3）相同PGA地震作用下近场和远场地震土层剪应力值非常接近，且不同剪切波速场地下的剪应力基本相同，而远场地震土层相对位移明显大于近场地震作用下的相对位移。（4）从全部PGA地震分析结果中拟合出不同等效剪切波速范围内的场地土层相对位移的简要参考公式和以公式表示的土层剪应力上下限范围。该成果可以在满足规范要求下给出比规范公式更高精度的抗震设计参数，并且取值也更加简便。（5）当考虑地下结构存在对围岩扰动时，分析结果显示其对土层相对位移影响较小，但对结构侧壁深度方向的剪应力分布有较大影响，结构侧壁范围内剪应力存在两个波峰；考虑明挖覆土固结时，土层相对位移和剪应力值均会明显偏大，结构深度范围内的极值可能达到只含有结构时的两倍，其剪应力分布和仅含结构时相似。（6）考虑到设计时安全因数的放大，规范简易公式对等效剪切波速小于200m/s的场地适用性较高，但是相对位移计算结果特征和目前研究结论有差异，值得商榷。场地土较硬的Ⅱ类场地（波速大于200m/s较多）不建议使用规范公式，其结果过于高估地震反应。（7）通过分析考虑结构扰动和考虑覆土固结扰动时的地震反应结果，提出将扰动范围限制为：1，考虑结构扰动时范围为侧边2/3 B（可适当放宽到1/2 B）及下方1/2 H框出的范围内（上方土层厚度不足1/2 H时可直接取至地面）；2，考虑覆土固结扰动时范围为侧边2/3 B（可适当放宽至1/2 B）及下方H框出的范围内（上方土层厚度不足H时直接取至地面