地下結構抗震設計理論與方法

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 地下建筑結構 1
1.1.1 地下建筑的概念與功能 1
1.1.2 地下建筑結構的主要形式 3
1.1.3 地下建筑的發(fā)展歷史與前景 6
1.2 地下結構震害與地震反應特點 8
1.2.1 隧道結構震害 8
1.2.2 地鐵車站結構震害 8
1.2.3 地下結構地震反應特點 10
1.3 地下結構抗震研究概況 11
1.3.1 地下結構抗震研究方法 11
1.3.2 地下結構抗震設計規(guī)范 14
參考文獻 15
第2章 波動理論與分析方法 17
2.1 一維標準波動方程 17
2.1.1 一維標準波動方程概述 17
2.1.2 一維標準波動方程的通解 18
2.1.3 一維標準波動方程的頻域解 19
2.1.4 波動方程時空周期性 20
2.2 無限各向同性彈性介質(zhì)中的波 22
2.2.1 三維波動方程 22
2.2.2 位移勢和波動方程 24
2.2.3 二維波動方程 26
2.2.4 平面波 27
2.3 定解問題及其求解方法 30
2.3.1 波動定解問題的主要類型 30
2.3.2 源問題和無窮遠輻射條件 32
2.3.3 散射問題 33
2.3.4 近場波動問題分析方法 33
2.4 本章小結 39
參考文獻 39
第3章 波動問題時域數(shù)值求解方法 40
3.1 連續(xù)固體介質(zhì)波動問題顯式有限元方法 40
3.1.1 連續(xù)介質(zhì)空間離散化及其有限元模型 40
3.1.2 節(jié)點運動方程及其節(jié)點剛度、質(zhì)量、阻尼系數(shù) 42
3.1.3 無阻尼體系節(jié)點運動方程的時域顯式數(shù)值積分方法 49
3.1.4 一般阻尼體系節(jié)點運動方程的時域顯式數(shù)值積分方法 49
3.2 時空離散網(wǎng)格模型中的波動 50
3.2.1 頻散方程 50
3.2.2 截止頻率、低通效應和混淆效應 51
3.2.3 時空離散網(wǎng)格模型中的頻散效應 53
3.2.4 寄生振蕩 54
3.2.5 時空離散網(wǎng)格模型的穩(wěn)定性 57
3.2.6 離散化數(shù)值模擬的精度和實用離散準則 59
3.3 本章小結 60
參考文獻 60
第4章 結構抗震減震設計理論和分析方法簡介 61
4.1 地震動及其工程特性 61
4.1.1 地震動的工程特性 61
4.1.2 近場地震動特性 65
4.1.3 強震地面運動模擬 68
4.2 抗震設計理論 71
4.2.1 抗震設計理論的發(fā)展 71
4.2.2 抗震概念設計 73
4.2.3 基于性能的抗震設計 73
4.3 反應譜及反應譜分析方法 76
4.3.1 地震動反應譜 77
4.3.2 多自由度體系的反應譜法 81
4.4 本章小結 83
參考文獻 84
第5章 巖土類材料的本構模型 86
5.1 巖土類材料的強度準則 86
5.1.1 廣義非線性強度準則 87
5.1.2 非線性統(tǒng)一強度準則 89
5.2 土的等效線性黏彈性本構模型 92
5.3 土的彈塑性本構模型 94
5.3.1 屈服函數(shù) 94
5.3.2 硬化參數(shù) 96
5.3.3 塑性勢函數(shù) 98
5.3.4 應力-應變關系 98
5.3.5 模型分析 100
5.4 混凝土的彈塑性損傷本構模型 102
5.4.1 混凝土三維彈塑性本構模型 102
5.4.2 混凝土材料三維彈塑性損傷本構模型 105
5.5 非正交彈塑性本構模型 108
5.5.1 非正交塑性流動法則 109
5.5.2 土的三維非正交彈塑性本構模型 111
5.5.3 混凝土非正交彈塑性本構模型 117
5.6 本章小結 122
參考文獻 122
第6章 土-地下結構體系地震反應分析方法 125
6.1 時域整體分析方法概述 125
6.2 黏彈性人工邊界條件 126
6.2.1 固體介質(zhì)的黏彈性人工邊界 127
6.2.2 兩相介質(zhì)的黏彈性人工邊界 129
6.3 場地地震反應和地震動輸入方法 138
6.3.1 水平成層場地的地震反應分析 138
6.3.2 土-結構系統(tǒng)地震反應整體分析模型中的地震作用確定 142
6.4 方法的驗證 143
6.4.1 場地地震反應分析 145
6.4.2 土-結構系統(tǒng)地震反應分析 146
6.5 剛性基巖條件下幾類地震輸入方法的比較研究 149
6.5.1 場地地震反應分析 151
6.5.2 土-結構系統(tǒng)地震反應分析 152
6.6 非線性分析的初始應力條件 156
6.7 基于等效線性化的時域整體分析方法 157
6.7.1 一維場地地震反應的等效線性化分析 157
6.7.2 基于場地等效線性化參數(shù)的土-結構系統(tǒng)地震反應分析 159
6.8 本章小結 160
參考文獻 161
第7章 土-地下結構體系地震反應模型試驗 167
7.1 離心機振動臺與1-g振動臺試驗技術特點簡介 167
7.2 土-地下結構體系振動臺試驗組織 168
7.2.1 試驗開展要點 168
7.2.2 試驗組織及實施步驟 169
7.3 土-地下結構體系相似比設計 169
7.4 地下結構振動臺模型試驗設備研發(fā)及應用 172
7.4.1 模型土箱研發(fā)背景與基本原則 172
7.4.2 土-地下結構體系物理量的傳感與測試 175
7.5 模型地基及結構的制備技術 176
7.5.1 模型地基的制備方法 176
7.5.2 模型結構設計原理及制備方法 177
7.6 輸入地震動及加載方案 179
7.7 振動臺模型試驗數(shù)據(jù)處理 179
7.7.1 振動信號預處理 179
7.7.2 振動信號頻域分析 180
7.7.3 力信號處理方法 180
7.8 典型地下結構模型試驗案例 181
7.8.1 框架式地下地鐵車站結構1-g振動臺模型試驗 181
7.8.2 地基-地下結構體系土工離心機模型試驗 190
7.8.3 考慮豎向地震作用的地下框架結構地震損傷反應
離心機振動臺模型試驗 201
7.9 本章小結 215
參考文獻 216
第8章 地下結構地震反應特征及參數(shù)影響分析 218
8.1 土-結構系統(tǒng)參數(shù)影響分析 218
8.1.1 計算模型 218
8.1.2 結構慣性對地下結構地震反應的影響 221
8.1.3 土層慣性對地下結構地震反應的影響 223
8.1.4 土-結構柔度比對地下結構地震反應的影響 225
8.1.5 埋深對地下結構地震反應的影響 228
8.1.6 土-結構界面接觸對地下結構地震反應的影響 233
8.2 地震動參數(shù)影響分析 235
8.2.1 地震動作用方式對地下結構地震反應的影響 235
8.2.2 近、遠場地震動對地下結構地震反應的影響 237
8.2.3 地震動入射角度對地下結構地震反應的影響 241
8.2.4 地震動峰值參數(shù)對地下結構地震反應的影響 247
8.2.5 截面斷面形式的影響 254
8.3 本章小結 262
參考文獻 263
第9章 地下結構地震破壞機理與失效模式分析 265
9.1 大開地鐵車站工程概況與震害現(xiàn)象 265
9.1.1 阪神地震中地鐵車站和區(qū)間隧道震害 265
9.1.2 大開地鐵車站震害分析 267
9.2 大開地鐵車站地震破壞影響因素分析 274
9.2.1 地震動作用方式對大開地鐵車站地震反應的影響 274
9.2.2 場地條件對車站結構地震反應的影響 275
9.2.3 大開地鐵車站不同斷面處的地震反應 277
9.3 大開地鐵車站地震破壞機理 282
9.3.1 地震破壞影響因素與成災原因綜述 282
9.3.2 大開地鐵車站地震破壞過程模擬 286
9.3.3 地下結構地震破壞機理 290
9.3.4 地下結構構件承載功能 296
9.4 地下框架結構地震破壞機理模型試驗驗證 297
9.5 本章小結 299
參考文獻 299
第10章 地下結構抗震性能評價 302
10.1 工程結構抗震性能評價的理論與方法 302
10.2 地下結構抗震性能評價指標 313
10.2.1 性能水準劃分與指標標定方法 313
10.2.2 水平地震動作用下性能指標標定 315
10.2.3 水平豎向地震動共同作用下性能指標標定 320
10.3 典型地下結構的地震易損性分析 322
10.3.1 場地計算模型 322
10.3.2 土-結構相互作用計算模型 322
10.3.3 地震動記錄選取 326
10.3.4 地震動強度指標選取 329
10.3.5 地下結構的地震易損性分析 333
10.4 地下結構極限抗震能力分析方法 337
10.4.1 破壞比的概念 338
10.4.2 地震記錄選取 339
10.4.3 結構抗震限值分析方法 341
10.4.4 地下結構極限抗震能力 342
10.4.5 地下結構抗震能力影響因素分析 343
10.5 本章小結 346
參考文獻 346
第11章 地下結構減震控制 350
11.1 截斷柱 350
11.2 分體柱 356
11.3 疊層加芯柱 360
11.4 橡膠支座 364
11.5 滑動摩擦支座 369
11.6 摩擦擺支座 373
11.7 圓弧凹槽滾軸支座 378
11.8 本章小結 384
參考文獻 384
第12章 地下結構抗震簡化分析方法 386
12.1 地震系數(shù)法 386
12.1.1 計算模型 387
12.1.2 方法特點 389
12.2 自由場變形法 390
12.2.1 計算模型 390
12.2.2 方法特點 391
12.3 柔度系數(shù)法 391
12.3.1 計算模型 391
12.3.2 方法特點 393
12.4 反應位移法 393
12.4.1 計算模型一 393
12.4.2 計算模型二 397
12.4.3 計算模型三 399
12.4.4 方法特點 402
12.5 反應加速度法 402
12.5.1 計算模型 403
12.5.2 方法特點 404
12.6 Pushover分析方法 404
12.6.1 計算模型 405
12.6.2 方法特點 406
12.7 慣性力-位移法 406
12.7.1 計算模型一 406
12.7.2 計算模型二 408
12.7.3 方法特點 410
12.8 改進的Pushover分析方法 410
12.8.1 計算模型 410
12.8.2 方法特點 411
12.9 反應譜法 411
12.9.1 計算模型 411
12.9.2 方法特點 413
12.10 實例分析 413
12.10.1 計算參數(shù)與模型 413
12.10