非一致地震作用地下结构地震响应振动台试验研究

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随着地下结构功能性的不断增加,地下结构的规模也趋于大型化发展,如一些城市轨道交通站点、枢纽站、车辆段等,而对于尺度较大的大型地下结构,地震波到达结构不同位置处的时间存在差异,行波效应等非一致地震激励的影响不可忽视。因此,通过振动台试验对非一致激励下地下结构地震响应的研究是非常有必要的。
  为进行非一致地震作用振动台试验,完成了单振动台实现行波输入试验方法的理论推导及相关验证,并设计了可用于多点振动台试验的多节段模型箱,以及一致/非一致地震作用下自由场、十字换乘站结构振动台试验方案的设计,通过对自由场试验数据的数值拟合,验证了数值方法的合理性后,建立自由场及大型十字换乘车站结构数值模型,对比分析其在一致波、行波、相干波、相干行波及多向地震动作用下的地震响应规律,并分析其空间效应影响范围。基于本文的计算结果,可以得出以下结论:
  (1)对于自由场而言,当地表距离大于405m后,行波对地表加速度的放大效应超过一致波,而相干波和相干行波对地表加速度响应的放大效应均明显小于一致波。且随着高度的增加,地震波中的高频成分明显减少,而低频成分存在一定的放大,且不同的土层对其频率成分的影响也有所不同。
  (2)十字换乘车站结构的存在会对地表加速度响应存在一定的缩小,对于端墙之外的土体,其影响范围最大为54m,即2B1(B1为地震波输入方向的车站宽度27m)。对于换乘站结构的地震响应,在沿地震波输入方向的车站结构,当车站结构大于405m之后,行波作用下的加速度响应大于一致波。在相干波、相干行波作用下,其加速度响应远小于一致波。而对于垂直于地震波输入方向的车站结构,一致波和行波对结构加速度响应较为敏感,而相干波和相干行波对结构弯矩较为敏感。
  (3)对于水平双向地震动输入,不同方向的地震波对车站结构不同部位的响应规律影响程度存在显著差异,对于三向输入而言,竖向地震波对结构加速度响应的影响是极其显著的,但其弯矩、相对位移仍主要受水平双向地震波作用的影响。
  (4)换乘站空间效应影响范围最大为:5B/3(靠近换乘节点),4B/3(靠近端墙),其中B为车站结构宽度54m,且多向输入对空间效应的影响较小。
  
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