矩形地下結構地震反應的擬靜力解析解.pdf

1、自1995年日本大開地鐵車站在阪神地震中遭受了嚴重破壞后，隨著各類地下空間及結構的開發(fā)和興建，地下結構的抗震研究日益蓬勃發(fā)展和受到重視。由于近年來計算技術的飛速提高，研究中以有限元法和有限差分法為代表的各種數(shù)值分析方法得到了廣泛應用，目前能解決很多復雜且難度較高的實際問題。然而，數(shù)值分析方法有其局限性，比如它們無法以顯式表達析出影響結構反應的主要因素。由于與眾多的次要因素混雜在一起，使得結構工程師和分析研究人員難以了解和掌握主要因素究竟

2、是如何影響結構受力和變形的，不利于結構的概念性設計。解析法，因能抓住主要影響因素且能顯式反映變化規(guī)律及趨勢，在數(shù)值法大行其道的當今，仍是具有吸引力的一種方法。本文的工作即是利用解析法開展對矩形地下結構的抗震設計計算研究。
　　橫截面為矩形的地下結構在水利和交通工程中多有應用，典型的如地鐵車站、大型鋼筋混凝土輸水管道等。目前，針對這類地下結構的抗震設計計算解析解較少，而對無限域中圓形、橢圓形等截面的地下結構，基于不同的方法給出的解析

3、解形式較多，相對較成熟。這是由于在截面直角角緣處設計變量雖連續(xù)但不可導，造成了數(shù)學上的處理困難。當前的研究現(xiàn)狀是，在受到豎向傳播的SV波水平剪切應力作用下，矩形地下結構的地震內(nèi)力及變形雖由Huo等人(2006)給出了擬靜力法閉合解析解，但求解時土-結構接觸面上的剪應力符號采用及所得結果值得商榷。另一方面，近年來，世界范圍內(nèi)的近斷層強震記錄表明，由地震P波產(chǎn)生的豎向分量比較顯著而不容忽視，但對其作用下矩形地下結構抗震計算的有關解析解答，至

4、今未見報道。
　　本文以深埋方形和矩形地下結構為研究對象，基于擬靜力法，采用平面彈性力學復變函數(shù)理論，考慮土與結構間的相互作用，分別推導出無限域中無限遠處作用有地震SV波水平剪切應力和P波壓縮應力時結構位移和內(nèi)力的解析解。方法的有效性及結果的正確性通過算例進行了驗證，并與數(shù)值解答進行了比較。算例表明，本文方法具有較高的精度與可靠性，內(nèi)力計算公式形式簡單，便于抗震設計初步估算地震作用效應時采用。最后，對本文研究內(nèi)容進行了歸納總結，并