|
|
|
| 地下结构随机地震响应分析及其动力可靠度研究* |
| 严松宏 |
|
| STUDY OF UNDERGROUND STRUCTURAL STOCHASTIC SEISMIC RESPONSE AND DYNAMIC RELIABILITY |
|
|
摘要 应用随机振动理论，采用概率分析方法初步研究了地下结构线弹性工作状态的地震随机响应及其地震动力可靠度，为地下结构抗振设计方法研究提供一定的理论参考。为此主要做了如下工作：
(1) 将现有地下结构抗振计算原理和结构动力分析的脉冲响应函数原理结合起来，提出了地下结构地震动力响应计算的加速度脉冲函数法，推导了利用脉冲响应函数计算地下结构随机地震响应数字特征的数学表达式，提出了利用脉冲响应函数计算地下结构随机地震响应数字特征的分析方法。比较分析表明，脉冲函数法用于地下结构动力分析，具有计算精度高、计算简单的特点。
(2) 将日本田村重四郎-冈本舜三提出的沉埋隧道地震反应分析的数学模型应用于地下结构随机地震反应分析，利用数值分析方法建立了隧道整体随机地震反应分析的数学模型，得到了地下结构整体随机地震动力响应数字特征的数学表达式，为地下结构整体随机地震反应分析及动力可靠度的研究提供了一种分析途径。以南京长江隧道为例，计算了高斯平稳随机过程的地震荷载作用下该隧道整个长度上的动力反应均方根值。
(3) 利用Davenport公式计算了3种地震动模型的地下结构响应最大值的统计参数。计算结果表明，由弹簧质量模型算得的地下结构在地震作用下纵向振动和横向振动产生的纵向和弯曲正应力及剪应力明显高于由二维平面有限元算得的横向平面内产生的正应力和剪应力，由此可见轴向应力和弯曲应力是地下结构抗振设计中不容忽视的因素。
(4) 采用最大随机地震响应和首超破坏理论分析了隧道抗震动力可靠度，得到了隧道在七度地震作用下的地震动力可靠概率和失效概率；并通过对南京长江隧址的地震危险性分析，得到了各烈度地震的发生概率及其概率分布函数。在此基础上，分别采用最大响应和首超破坏理论计算了隧道在设计基准期内的安全概率和失效概率。结果表明，南京长江隧道横向平面内的抗拉和抗剪安全度足够，纵向和弯曲情况下的抗剪安全度足够，抗拉可靠度明显不足，设计中应充分考虑纵向配筋问题。
(5) 分析了沉管隧道管段连接方式对隧道动力特性的影响，研究了管段弹性连接减振效果；同时计算了南京长江沉管隧道3种地震动模型的响应最大值。结果表明，管段采用弹性接头，隧道纵向振动可靠度有明显提高，隧道横向振动可靠度也略有提高，欧进萍等提出的模型所得结果更接近于定量分析结果，而其他两种模型的计算结果偏大。
(6) 从有限元动力分析的基本原理出发，利用脉冲响应函数和傅立叶变换对原理，推导了由地面地震运动特性反算基岩地震运动特性的反分析计算公式，提出了一种用于由地面地震动特性计算基岩地震动特性的二维有限元反分析方法。算例表明，地层对地震动有明显的放大作用，地下结构抗振计算中应以基岩地振动作为地振动输入。
|
|
| 关键词 ：
地下结构,
随机地震响应,
地震动力可靠度,
有限元,
脉冲函数,
弹簧质量模型,
基岩地振动
|
|
收稿日期: 2003-06-20
|
| [1] |
李翠华1，2，郑 宏1，3，姜清辉4，周创兵4. 三维接触问题的互补模型及其光滑化算法[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(6): 1102-1110. |
| [2] |
张玉军1，张维庆2. 考虑双重孔隙–裂隙岩体中强度异向性的THM耦合有限元分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(s1): 2759-2766. |
| [3] |
阿比尔的1，2，郑颖人2，冯夏庭1，向钰周2. 隧道特征线法的修正与发展[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(s1): 3067-3073. |
| [4] |
张 宇，余 飞，陈善雄，戴张俊，熊署丹. 南水北调高填方渠道附加应力计算方法研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(s1): 3169-3175. |
| [5] |
孙 聪，李春光，郑 宏，孙冠华，刘治军. 同时考虑张拉及剪切破坏的边坡上限原理有限元法[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(s1): 2783-2791. |
| [6] |
张玉军1，张维庆2. 双重孔隙介质的抗剪强度及弹塑性有限元分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(s1): 3037-3044. |
| [7] |
胡英国1，2，卢文波1，2，陈 明1，2，严 鹏1，2，刘 亮1，2. SPH-FEM耦合爆破损伤分析方法的实现与验证[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(s1): 2740-2748. |
| [8] |
何满潮1，李 晨1，2，宫伟力1，2. 恒阻大变形锚杆冲击拉伸实验及其有限元分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(11): 2179-2187. |
| [9] |
杨雨冰1，2，谢雄耀1，2. 基于断裂力学的盾构隧道管片结构开裂破损机制探讨[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(10): 2114-2124. |
| [10] |
袁宗浩1，2，蔡袁强1，2，3，曾 晨1，2. 地铁列车荷载作用下轨道系统及饱和土体动力响应分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(07): 19-19. |
| [11] |
张兴胜1，宋丽娟1，董金玉1，于怀昌1，黄志全1，王建秀2，WONG Henry3，王江锋1，杨永香1. 土坝渗流侵蚀机制及有限元计算[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(05): 1031-1038. |
| [12] |
陈功奇1，2. 基于现场测试的列车引起地基振动分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(03): 601-611. |
| [13] |
朱才辉，李 宁. 黄土高填方地基中暗穴扩展对机场道面变形分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(01): 198-206. |
| [14] |
史宏彦1，白 琳1，李 伟2. 真空预压砂井地基三维有限元分析的一种改进算法[J]. 岩石力学与工程学报, 2014, 33(sl): 2936-2941. |
| [15] |
鲍树峰1，2，3，邱青长1，2，罗 彦1，2，王 盼1，2，黄俊文1，2，王炳文1，2. 土岩组合基坑施工监控技术研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2014, 33(sl): 3270-3276. |
|
|
|
|
