地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論與方法

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 地下建筑結(jié)構(gòu) 1
1.1.1 地下建筑的概念與功能 1
1.1.2 地下建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)震害與地震反應(yīng)特點(diǎn) 8
1.2.1 隧道結(jié)構(gòu)震害 8
1.2.2 地鐵車站結(jié)構(gòu)震害 8
1.2.3 地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)特點(diǎn) 10
1.3 地下結(jié)構(gòu)抗震研究概況 11
1.3.1 地下結(jié)構(gòu)抗震研究方法 11
1.3.2 地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 14
參考文獻(xiàn) 15
第2章 波動(dòng)理論與分析方法 17
2.1 一維標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)方程 17
2.1.1 一維標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)方程概述 17
2.1.2 一維標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)方程的通解 18
2.1.3 一維標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)方程的頻域解 19
2.1.4 波動(dòng)方程時(shí)空周期性 20
2.2 無(wú)限各向同性彈性介質(zhì)中的波 22
2.2.1 三維波動(dòng)方程 22
2.2.2 位移勢(shì)和波動(dòng)方程 24
2.2.3 二維波動(dòng)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(dòng)定解問題的主要類型 30
2.3.2 源問題和無(wú)窮遠(yuǎn)輻射條件 32
2.3.3 散射問題 33
2.3.4 近場(chǎng)波動(dòng)問題分析方法 33
2.4 本章小結(jié) 39
參考文獻(xiàn) 39
第3章 波動(dòng)問題時(shí)域數(shù)值求解方法 40
3.1 連續(xù)固體介質(zhì)波動(dòng)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(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程及其節(jié)點(diǎn)剛度、質(zhì)量、阻尼系數(shù) 42
3.1.3 無(wú)阻尼體系節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程的時(shí)域顯式數(shù)值積分方法 49
3.1.4 一般阻尼體系節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程的時(shí)域顯式數(shù)值積分方法 49
3.2 時(shí)空離散網(wǎng)格模型中的波動(dòng) 50
3.2.1 頻散方程 50
3.2.2 截止頻率、低通效應(yīng)和混淆效應(yīng) 51
3.2.3 時(shí)空離散網(wǎng)格模型中的頻散效應(yīng) 53
3.2.4 寄生振蕩 54
3.2.5 時(shí)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(shí)用離散準(zhǔn)則 59
3.3 本章小結(jié) 60
參考文獻(xiàn) 60
第4章 結(jié)構(gòu)抗震減震設(shè)計(jì)理論和分析方法簡(jiǎn)介 61
4.1 地震動(dòng)及其工程特性 61
4.1.1 地震動(dòng)的工程特性 61
4.1.2 近場(chǎng)地震動(dòng)特性 65
4.1.3 強(qiáng)震地面運(yùn)動(dòng)模擬 68
4.2 抗震設(shè)計(jì)理論 71
4.2.1 抗震設(shè)計(jì)理論的發(fā)展 71
4.2.2 抗震概念設(shè)計(jì) 73
4.2.3 基于性能的抗震設(shè)計(jì) 73
4.3 反應(yīng)譜及反應(yīng)譜分析方法 76
4.3.1 地震動(dòng)反應(yīng)譜 77
4.3.2 多自由度體系的反應(yīng)譜法 81
4.4 本章小結(jié) 83
參考文獻(xiàn) 84
第5章 巖土類材料的本構(gòu)模型 86
5.1 巖土類材料的強(qiáng)度準(zhǔn)則 86
5.1.1 廣義非線性強(qiáng)度準(zhǔn)則 87
5.1.2 非線性統(tǒng)一強(qiáng)度準(zhǔn)則 89
5.2 土的等效線性黏彈性本構(gòu)模型 92
5.3 土的彈塑性本構(gòu)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(shì)函數(shù) 98
5.3.4 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系 98
5.3.5 模型分析 100
5.4 混凝土的彈塑性損傷本構(gòu)模型 102
5.4.1 混凝土三維彈塑性本構(gòu)模型 102
5.4.2 混凝土材料三維彈塑性損傷本構(gòu)模型 105
5.5 非正交彈塑性本構(gòu)模型 108
5.5.1 非正交塑性流動(dòng)法則 109
5.5.2 土的三維非正交彈塑性本構(gòu)模型 111
5.5.3 混凝土非正交彈塑性本構(gòu)模型 117
5.6 本章小結(jié) 122
參考文獻(xiàn) 122
第6章 土-地下結(jié)構(gòu)體系地震反應(yīng)分析方法 125
6.1 時(shí)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(chǎng)地地震反應(yīng)和地震動(dòng)輸入方法 138
6.3.1 水平成層場(chǎng)地的地震反應(yīng)分析 138
6.3.2 土-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地震反應(yīng)整體分析模型中的地震作用確定 142
6.4 方法的驗(yàn)證 143
6.4.1 場(chǎng)地地震反應(yīng)分析 145
6.4.2 土-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地震反應(yīng)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(chǎng)地地震反應(yīng)分析 151
6.5.2 土-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地震反應(yīng)分析 152
6.6 非線性分析的初始應(yīng)力條件 156
6.7 基于等效線性化的時(shí)域整體分析方法 157
6.7.1 一維場(chǎng)地地震反應(yīng)的等效線性化分析 157
6.7.2 基于場(chǎng)地等效線性化參數(shù)的土-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)地震反應(yīng)分析 159
6.8 本章小結(jié) 160
參考文獻(xiàn) 161
第7章 土-地下結(jié)構(gòu)體系地震反應(yīng)模型試驗(yàn) 167
7.1 離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)與1-g振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)技術(shù)特點(diǎn)簡(jiǎn)介 167
7.2 土-地下結(jié)構(gòu)體系振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)組織 168
7.2.1 試驗(yàn)開展要點(diǎn) 168
7.2.2 試驗(yàn)組織及實(shí)施步驟 169
7.3 土-地下結(jié)構(gòu)體系相似比設(shè)計(jì) 169
7.4 地下結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)設(shè)備研發(fā)及應(yīng)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(jié)構(gòu)體系物理量的傳感與測(cè)試 175
7.5 模型地基及結(jié)構(gòu)的制備技術(shù) 176
7.5.1 模型地基的制備方法 176
7.5.2 模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理及制備方法 177
7.6 輸入地震動(dòng)及加載方案 179
7.7 振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 179
7.7.1 振動(dòng)信號(hào)預(yù)處理 179
7.7.2 振動(dòng)信號(hào)頻域分析 180
7.7.3 力信號(hào)處理方法 180
7.8 典型地下結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)案例 181
7.8.1 框架式地下地鐵車站結(jié)構(gòu)1-g振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn) 181
7.8.2 地基-地下結(jié)構(gòu)體系土工離心機(jī)模型試驗(yàn) 190
7.8.3 考慮豎向地震作用的地下框架結(jié)構(gòu)地震損傷反應(yīng)
離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn) 201
7.9 本章小結(jié) 215
參考文獻(xiàn) 216
第8章 地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)特征及參數(shù)影響分析 218
8.1 土-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)參數(shù)影響分析 218
8.1.1 計(jì)算模型 218
8.1.2 結(jié)構(gòu)慣性對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響 221
8.1.3 土層慣性對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響 223
8.1.4 土-結(jié)構(gòu)柔度比對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響 225
8.1.5 埋深對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響 228
8.1.6 土-結(jié)構(gòu)界面接觸對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響 233
8.2 地震動(dòng)參數(shù)影響分析 235
8.2.1 地震動(dòng)作用方式對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響 235
8.2.2 近、遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響 237
8.2.3 地震動(dòng)入射角度對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響 241
8.2.4 地震動(dòng)峰值參數(shù)對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響 247
8.2.5 截面斷面形式的影響 254
8.3 本章小結(jié) 262
參考文獻(xiàn) 263
第9章 地下結(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)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(dòng)作用方式對(duì)大開地鐵車站地震反應(yīng)的影響 274
9.2.2 場(chǎng)地條件對(duì)車站結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響 275
9.2.3 大開地鐵車站不同斷面處的地震反應(yīng) 277
9.3 大開地鐵車站地震破壞機(jī)理 282
9.3.1 地震破壞影響因素與成災(zāi)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(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)理 290
9.3.4 地下結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載功能 296
9.4 地下框架結(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)理模型試驗(yàn)驗(yàn)證 297
9.5 本章小結(jié) 299
參考文獻(xiàn) 299
第10章 地下結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià) 302
10.1 工程結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià)的理論與方法 302
10.2 地下結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 313
10.2.1 性能水準(zhǔn)劃分與指標(biāo)標(biāo)定方法 313
10.2.2 水平地震動(dòng)作用下性能指標(biāo)標(biāo)定 315
10.2.3 水平豎向地震動(dòng)共同作用下性能指標(biāo)標(biāo)定 320
10.3 典型地下結(jié)構(gòu)的地震易損性分析 322
10.3.1 場(chǎng)地計(jì)算模型 322
10.3.2 土-結(jié)構(gòu)相互作用計(jì)算模型 322
10.3.3 地震動(dòng)記錄選取 326
10.3.4 地震動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)選取 329
10.3.5 地下結(jié)構(gòu)的地震易損性分析 333
10.4 地下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)抗震限值分析方法 341
10.4.4 地下結(jié)構(gòu)極限抗震能力 342
10.4.5 地下結(jié)構(gòu)抗震能力影響因素分析 343
10.5 本章小結(jié) 346
參考文獻(xiàn) 346
第11章 地下結(jié)構(gòu)減震控制 350
11.1 截?cái)嘀?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(dòng)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(jié) 384
參考文獻(xiàn) 384
第12章 地下結(jié)構(gòu)抗震簡(jiǎn)化分析方法 386
12.1 地震系數(shù)法 386
12.1.1 計(jì)算模型 387
12.1.2 方法特點(diǎn) 389
12.2 自由場(chǎng)變形法 390
12.2.1 計(jì)算模型 390
12.2.2 方法特點(diǎn) 391
12.3 柔度系數(shù)法 391
12.3.1 計(jì)算模型 391
12.3.2 方法特點(diǎn) 393
12.4 反應(yīng)位移法 393
12.4.1 計(jì)算模型一 393
12.4.2 計(jì)算模型二 397
12.4.3 計(jì)算模型三 399
12.4.4 方法特點(diǎn) 402
12.5 反應(yīng)加速度法 402
12.5.1 計(jì)算模型 403
12.5.2 方法特點(diǎn) 404
12.6 Pushover分析方法 404
12.6.1 計(jì)算模型 405
12.6.2 方法特點(diǎn) 406
12.7 慣性力-位移法 406
12.7.1 計(jì)算模型一 406
12.7.2 計(jì)算模型二 408
12.7.3 方法特點(diǎn) 410
12.8 改進(jìn)的Pushover分析方法 410
12.8.1 計(jì)算模型 410
12.8.2 方法特點(diǎn) 411
12.9 反應(yīng)譜法 411
12.9.1 計(jì)算模型 411
12.9.2 方法特點(diǎn) 413
12.10 實(shí)例分析 413
12.10.1 計(jì)算參數(shù)與模型 413
12.10