S波和P波作用下圆形隧道横断面地震响应分析

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近年来,城市公共交通的需求急剧上升以及地上可开发空间不断减少,以地铁为代表的地下结构的规划和建造方兴未艾。国内地下结构的抗震研究主要集中于S波作用下的反应位移法,有关土-结接触面等相关因素以及P波作用下的结构反应的研究较少,本文就相关问题进行探讨。  本文的主要研究内容包括:S波和 P波作用下圆形隧道横断面内力和位移的解析解推导与验证,土-结接触面摩擦系数μ对衬砌受力影响分析以及基于反应位移法的S波和P波作用下横断面内力解答适用性分析。  首先根据接触面处土(岩)体与结构变形协调的原则,依次推到了S波和P波作用下横断面内力和位移的解析解,并将之与ABAQUS的数值解以及目前常用的解析解进行对比,通过大量算例验证了本文解析解的准确性和可靠性。然后,基于数值模拟,分析了土-结接触面摩擦系数μ对隧道内力的影响,结果表明:在S波和P波作用下,摩擦系数μ对隧道弯矩、剪力和变形变化影响较小,但对隧道轴力变化影响很大。最后,在假定接触面无滑移的前提下,采用反应位移法分析了S波和P波作用下的隧道内力,并与数值解进行对比,结果表明:S波作用下,反应位移法的弯矩、剪力解与数值解吻合,其轴力解误差与土-结刚度比F有关;P波作用下,仅轴力解与数值解吻合,然后对误差原因进行了理论分析。  本文的结论表明地震作用下接触面摩擦角的确定相当重要、采用反应位移法时应当谨慎以及 P波作用下的结构内力不可忽视等。本文的结论可为圆形隧道地震响应研究、设计提供一定的参考和依据。
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