论文部分内容阅读
地铁地下结构地震反应分析可以采用有限元结合黏弹性人工边界的时域数值方法,分析前需要确定自由场地地震反应并将其转化为作用于人工边界处的等效地震荷载。地铁地下结构所处沉积场地可以简化为水平成层半空间,当场地距离浅源地震震中适度远时地震输入可以简化为倾斜入射的平面体波。传递矩阵法和刚度矩阵法是计算地震波斜入射时成层半空间场地反应的经典方法,但该类方法基于频域解析解,不适合非线性问题。有限元法等时域数值方法能够计算非线性问题,但无法模拟半无限二维空间中的平面波传播问题。本文提出一种计算平面地震波倾斜入射时成层半空间场地反应的一维空间有限元人工边界方法,进一步将该方法应用于地铁地下结构地震反应分析,研究地震波入射角度和土层特性变化对结构地震反应的影响。具体研究工作包括:1、提出计算平面地震波倾斜入射时成层半空间场地反应的一维空间有限元人工边界方法。在该方法中,截去均匀半空间基岩,建立吸收边界条件与输入边界条件组合的精确人工边界条件来模拟被截去半空间的波动辐射和输入特性;然后,利用Snell定律将水平方向无限的二维空间问题转化为沿深度方向的一维空间问题;最后,利用一种能够考虑非对角阻尼矩阵的显式动力有限元法求解所得的一维问题。编制了该方法的MATLAB程序。典型场地的地震反应分析表明,提出方法的计算结果与传递矩阵法结合傅里叶变换的计算结果完全吻合,其精度高于现有时域数值方法的计算结果,证明了提出方法的有效性。2、实现场地地震反应的人工边界输入。首先,根据Snell定律将一维空间场地地震反应扩展到二维空间;然后,利用基于黏弹性人工边界的等效荷载输入方法,计算作用于人工边界处的地震荷载;最后,编制了在ABAQUS有限元软件中施加黏弹性人工边界和地震荷载的FORTRAN程序。通过对比ABAQUS二维场地计算结果和一维空间有限元人工边界方法的计算结果,验证了在ABAQUS软件中实现场地地震反应输入的正确性。3、以某地铁车站为例,运用ABAQUS软件,进行了考虑平面地震波斜入射和场地水平成层半空间特性的地铁地下结构地震反应分析,研究了地震波斜入射角度以及土层特性变化对地铁车站地震反应的影响。