非一致地震作用下大型地下结构-平台-上盖结构群相互作用机理研究

Urban space is in resource-constrained with the rapid development of urbanization. The construction of the large underground structures and above ground high-rising buildings simultaneously is an effective way to expand the development of the urban spaces. However, at present, there are few studies on seismic analysis theory of the interaction system between the large underground structure and its superstructures, such as the seismic motion input and computation models, and hence the established theory cannot satisfy the high demands for this complicated interaction system. In this research, the seismic analysis of the interaction system between the large underground structure and its superstructures will be carried out by the combination of theoretical analysis，experimental study and numeral calculations. The synthesis and input methods of non-uniform seismic motions, which suitable for large underground structure – platform – superstructures interaction system, will be developed. Non-uniform seismic responses of free field and large underground structure in the interaction system will be studied to better understand the interaction mechanics between large underground structure and its superstructures under non-uniform seismic motions. After that, both the load – structure analysis model for soil – large underground structure and the simplified calculation method for large underground structure – platform – superstructures interaction system will be developed. The research results can be used to conduct the seismic analysis of the large underground structure – platform – superstructures interaction system directly and complement of the current seismic analysis theory, and at same time served as the reference for the seismic design of similar complicated large underground structure – soil interaction system.

随着城市化进程的加快，城市空间资源愈发紧缺，同步开发大型地下空间与高层结构成为扩展城市发展空间的有效途径。然而截至目前，针对大型地下结构与上盖结构群相互作用整体的抗震分析理论在地震动输入、计算模型等方面尚不成熟，难以满足该种复杂结构体系抗震要求高的需求，亟需进行深入研究。本项目拟采用理论分析、试验研究和数值计算相结合的方法，建立适合大型地下结构-平台-上盖结构群相互作用的非一致地震动激励的合成与输入方法，探明自由场地、大型地下结构非一致地震响应规律，揭示大型地下结构-平台-上盖结构群在非一致激励下相互作用机理，建立土-大型地下结构的荷载-结构分析模型以及大型地下结构-平台-上盖结构群简化计算分析模型及方法。研究成果可直接解决大型地下结构-平台-上盖结构群抗震计算问题，补充完善既有工程结构抗震分析理论，同时可对类似大型复杂结构-土相互作用体系抗震设计提供参考借鉴。

随着城市化进程的加快，城市空间资源愈发紧缺，同步开发大型地下空间与高层结构成为扩展城市发展空间的有效途径。然而截至目前，针对大型地下结构与上盖结构群相互作用整体的抗震分析理论在地震动输入、计算模型等方面尚不成熟，难以满足该种复杂结构体系抗震要求高的需求，亟需进行深入研究。.本项目拟采用理论分析、试验研究和数值计算相结合的方法开展相关研究。首先基于传统的非平稳功率谱合成多点非平稳地震动基本理论，考虑有限矩形断层断裂过程，完成了考虑震源机制的非一致地震波合成方法，并据此确定了非一致地震动输入方法。为大型复杂地下结构的地震响应计算分析提供了理论基础和技术支撑。然后以自由场、长大盾构隧道、十字换乘站、地下综合体等为对象，利用上述确定的一致/非一致地震动，进行了非一致地震动激励下自由场和大型地下结构的地震响应计算分析，分析了非一致地震动中行波效应、相干效应、行波相干效应等不同因素的影响规律，初步确定了大型复杂地下结构在一致/非一致地震动激励下的响应规律，为大型复杂地下结构的抗震设计提供了参考。其次以某地铁车辆段、地下变电站及其上部结构为对象，分析了其在一致/非一致地震动激励下的地震响应规律，特别是地下与地下结构的相互作用，为相关工程的抗震设计提供了参考。最后设计并实施了大型多台阵的振动台试验，其中提出的可实现一致和非一致地震动输入的快速转换多节段模型箱技术丰富和发展了振动台试验技术。与此同时开展了一系列研究对象新颖的振动台试验，包括地下综合体及其上部结构群、地下变电站及其上部结构群、地下交叉结构、换乘站结构及其上部结构群、不对称矩形车站截面、曲线隧道等，极大丰富了地下结构振动台试验内容。.为提高城市空间资源的利用效率，地下结构和地表结构一体化趋势愈发明显。该项研究的内容紧跟社会经济发展需求，研究成果对此类复杂动力相互作用体系的抗震设计提供了有力的支撑，也促进了大型振动台试验技术的发展。