随着我国国民经济的发展,隧道及地下结构物的形式和数量日益增多,建设规模不断扩大,在能源、交通、通讯、城市建设和国防工程等方面获得广泛的应用,地下结构的重要性也愈加明显,尤其是大型城市地下建筑,一旦遭遇地震,将对城市发展和国家政治稳定产生重大影响。因而,地下结构抗震问题具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文结合辽宁省自然科学基金资助项目(20022130),根据动力有限元分析理论,采用粘弹性人工边界,建立合理的计算模型,用ANSYS软件分析地下结构地震反应,以及用MATLAB对结构响应信号进行时频分析、相干分析。本文具体工作如下: (1)采用多次透射边界,运用波动法对地铁车站进行动力响应分析。结合ANSYS软件,对土—地下结构动力相互作用体系进行计算,并与波动法计算结果进行对比分析,吻合较好,表明本文简化处理方法的合理性和计算模型的可行性。 (2)采用无条件稳定的Newmark隐式积分法进行地震响应分析,讨论各种因素对地下结构动力响应的影响,如:结构埋深、土层分布条件和地震激励方向等,并通过对结构的应力、位移、加速度等结果的分析,发现上覆土层厚度对结构动力响应比较大,水平分层比竖向分层更容易使地下结构遭受破坏。 (3)考虑重力因素和土体与结构交界面的状态非线性,采用Full Newton—Rophson方法对地铁车站进行非线性时程分析,分析结构刚度、地基刚度、接触非线性、地震动特性等对结构动力响应的影响,得到了一些有益的规律和结论。 (4)对结构非线性分析得到关键部位的速度、加速度和位移,运用MATLAB信号处理技术对信号进行时频分析,并运用CWD图对结构进行损伤识别。时频分析能够清晰地反映信号时频分布情况,对于地震响应信号分析,CWD是一种值得尝试的二次型时频分析。并应用相干函数分析了输入信号与输出信号以及各部位信号之间的相干性,得到了结构破坏机理和震动特性。