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随着城市建设的发展和地下空间的开发,各类地下建筑物大量兴建。而由于缺少足够的基础资料,目前对于这些地下建筑物还没有一种较为成熟的抗震设计方法。这使得地下结构抗震研究的重要性和紧迫性日益增加,地下结构抗震设计已经成为一个急待解决的问题 本论文简述了国内外有代表性的隧道工程震害事例和各国研究的动向、总结了地下结构地震反应的特点,并基于在建的武汉过江隧道,利用大型有限元分析软件ANSYS中瞬态动力学分析方法,建立了结构的三维实体模型,对多种情况下的土——地下隧道衬砌结构进行了地震响应分析。对比分析了隧道衬砌结构在输入单双向地震波作用、所处不同地质条件、采用不同衬砌材料、不同埋深等情况下隧道衬砌结构的地震反应,得出影响地下结构地震响应的一些基本规律: 1.大量震害表明,地震作用下地下结构并不总是安全的,所以对地下结构抗震性能的研究是非常必要的。土——地下结构动力相互作用问题是地下结构抗震研究的重要内容,而有限元法是研究这类问题最有效的方法之一,利用已有通用有限元分析软件的基本功能,结合具体问题进行二次开发,是实现地下结构计算的一个较好的途径,能极大的提高分析计算的效率。 2.考虑水平竖向双向耦合地震作用下结构体系的地震反应与只有水平向地震波输入情况下的反应有明显的不同,表现为耦合地震作用下结构的应力与位移均比单向地震作用的值要大。即竖向地震作用会影响到体系水平方向的地震反应,故目前在对地下结构的地震反应研究中仅考虑水平地震作用是偏于不安全的,应充分考虑两种单向地震波输入的叠加作用。 3.地下结构地震反应主要受覆盖土层的影响,其随着岩土材料参数的提高而增加,这是由于结构受到的外加变形而加大,而与其自身惯性力和结构刚度的关系并不大,要把地下结构设计成能抵抗周围土层介质的运动和变形是不现实的。在进行地下结构的抗震设计中,应适当增加地下结构的柔性和延性,可以增加地下结构的抗震性能。 4、地下结构的埋深对其动力响应的影响也是很大。在一定范围内,地下结构的埋深越大,其抗震安全性能越好。 5、在地下结构的地震响应分析中,隧道衬砌结构左右两侧壁的上下部易出现应力集中,变形也较大。从整个结构来看,衬砌结构侧壁上下处及其端部最容易发生破坏,因此在设计和施工过程中,应对上述部位予以重视。