CN204010481U - 土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型，其中：包括有若干个用于模拟地下结构质量的地下结构质点、若干个用于模拟土体质量的土体质点以及地震波输入点，地下结构质点之间通过连接杆件连接形成一刚性杆系，土体质点包括侧土体质点，侧土体质点均匀分布于刚性杆系两侧并等间距竖直设置，相邻的侧土体质点之间通过剪切弹簧串连，侧土体质点与刚性杆系之间通过水平弹簧连接，剪切弹簧与水平弹簧上均并联有阻尼器。本实用新型具有全面合理地考虑了土－地下结构动力相互作用，结构简单实用的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及土木工程的技术领域，尤其涉及地下结构地震反应分析的模型，具体的说，是一种土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型。
背景技术
对于地下结构尤其是地铁车站结构来说，动力时程分析方法作为一种可靠的分析手段适用于深入研究地铁等地下结构的动力学行为和地震破坏机理，而对于评估地下结构承载力极限状态和进行常规的地铁地下结构抗震设计，还需要发展简便和实用的分析方法。目前地铁地下结构的抗震设计主要应用反应位移法以及基于反应位移法而发展起来的其它简化方法。
反应位移法对计算模型作了如下假设：
（1）地铁地下结构的地震反应只受周围地基的变形控制，忽略自身惯性力的影响；
（2）地铁地下结构为一弹性地基梁，把地震时自由场地基的反应位移作为已知位移通过文克尔地基弹簧直接施加到地铁地下结构上。
通过以上假设可知，该方法不能全面合理地考虑土－地下结构动力相互作用、结构本身惯性力、输入地震动特性和覆盖于地下结构顶部的上部荷载的影响。
因此，建立一整套能合理考虑影响地铁地下结构地震反应特性各类主要因素的抗震模型，用来分析地震中地下结构的动力反应，是十分必要的。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而提供一种的全面合理地考虑了土－地下结构动力相互作用，结构简单实用的土－地下结构相互作用体系的地震反应简化模型。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：
土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型，其中：包括有若干个用于模拟地下结构质量的的地下结构质点、若干个用于模拟土体质量的土体质点以及地震波输入点，地下结构质点之间通过连接杆件连接形成一刚性杆系，土体质点包括侧土体质点，侧土体质点均匀分布于刚性杆系两侧并等间距竖直设置，相邻的侧土体质点之间通过剪切弹簧串连，侧土体质点与刚性杆系之间通过水平弹簧连接，剪切弹簧与水平弹簧上均并联有阻尼器。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的侧土体质点分布于地下结构质点的水平两侧。
上述的土体质点包括有若干个位于地下结构质点下部的下土体质点，相邻的下土体质点通过下剪切弹簧串联，位于最下部的下土体质点与地震波输入点连接，位于最上部的下土体质点通过下剪切弹簧与侧土体质点弹性连接。
上述的土体质点包括有若干个位于地下结构质点上部的上土体质点，相邻的上土体质点通过上剪切弹簧串联，位于最下部的上土体质点通过上剪切弹簧与侧土体质点弹性连接。
上述的下剪切弹簧并联有阻尼器。
上述的上剪切弹簧并联有阻尼器。
上述的处于同一水平面的侧土体质点与地下结构质点之间通过水平弹簧连接。
上述的地下结构质点以及土体质点均为集中质量点。
与现有技术相比，本实用新型地震反应模型的构成如下：位于地下结构上部和下部的土体质点，在竖直方向上通过剪切土弹簧相连；地下结构侧边的土体质点，与地下结构质点通过水平弹簧相连接；地下结构质点用刚性杆件相连。
本实用新型地震反应简化模型建立思路如下：按照集中质量法思想，将地下结构简化为串联多质点系，质点间采用杆件相连，设置连接杆件，以模拟层间的弯曲和剪切变形；土体被简化为一系列集中质量点，质点间采用剪切弹簧连接。将结构两侧土层的集中质量，分配于地下结构杆系集中质量的两侧，以模拟两侧土体对地下结构的惯性力影响。土质点与结构之间采用水平弹簧连接，并且在弹簧间并联阻尼器来模拟动力相互作用过程中的能量耗散。本实用新型将地下结构特化为一个刚性杆系，地下结构的质量都集中在几个地下结构质点上，将土体特化为竖直排列在刚性杆系上部、下部和两侧的弹性件，土体质量都集中在几个土体质点上，极大地简化了模型的复杂度，通过对底层土质点输入地震波，可以快速方便地分析土体-地下结构体系的地震反应。本实用新型通过设置土体质点与地下结构质点以及连接两者的水平弹簧，可以得出土与地下结构的动力相互作用，同时通过加入了在地下结构上部和下部的等价土体模型，模拟覆盖在地下结构上的土层和埋藏地下结构下方的土层，使本实用新型能够复合实际的工程实践。
综上，本实用新型具有全面合理地考虑了土－地下结构动力相互作用，结构简单实用的优点。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。
图1所示为本实用新型的结构示意图。
其中的附图标记为：地下结构质点1、土体质点2、剪切弹簧21、侧土体质点22、地震波输入点3、下土体质点31、下剪切弹簧32、连接杆件4、刚性杆系5、水平弹簧6、阻尼器7、上土体质点8、上剪切弹簧81。
本实用新型的土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型，其特征是：包括有若干个用于模拟地下结构质量的的地下结构质点1、若干个用于模拟土体质量的土体质点2以及地震波输入点，地下结构质点1之间通过连接杆件4连接形成一刚性杆系5，土体质点2包括侧土体质点22，侧土体质点22均匀分布于刚性杆系5两侧并等间距竖直设置，相邻的侧土体质点22之间通过剪切弹簧21串连，侧土体质点22与刚性杆系5之间通过水平弹簧6连接，剪切弹簧21与水平弹簧6上均并联有阻尼器7。
实施例中，侧土体质点22分布于地下结构质点1的水平两侧。
实施例中，土体质点2包括有若干个位于地下结构质点1下部的下土体质点31，相邻的下土体质点31通过下剪切弹簧32串联，位于最下部的下土体质点31与地震波输入点3连接，位于最上部的下土体质点31通过下剪切弹簧32与侧土体质点22弹性连接。
实施例中，土体质点2包括有若干个位于地下结构质点1上部的上土体质点8，相邻的上土体质点8通过上剪切弹簧81串联，位于最下部的上土体质点8通过上剪切弹簧81与侧土体质点22弹性连接。
实施例中，下剪切弹簧32并联有阻尼器7。
实施例中，上剪切弹簧81并联有阻尼器7。
实施例中，处于同一水平面的侧土体质点22与地下结构质点1之间通过水平弹簧6连接。
实施例中，地下结构质点1以及土体质点2均为集中质量点。
本实用新型所述的土体质点2是指所有的模拟土体质量的质点，由上土体质点8、下土体质点31、侧土体质点22共同组成。
本实用新型将地下结构特化为一个刚性杆系，地下结构的质量都集中在几个地下结构质点1上，将土体特化为竖直排列在刚性杆系两侧的弹性件，土体质量都集中在几个土体质点2上，极大地简化了模型的复杂度，通过对底层土质点输入地震波，可以快速方便地分析土体-地下结构体系的地震反应。本实用新型通过设置侧土体质点22与地下结构质点1以及连接两者的水平弹簧6，可以得出土与地下结构的动力相互作用，同时通过加入了在地下结构上部的上土体质点8和地下结构下部的下土体质点31，模拟覆盖在地下结构上的土层和埋藏地下结构下方的土层，使本实用新型能够复合实际的工程实践。
本实用新型的用法如下：本实用新型的用法如下：在地震输入点3输入地震波，地震波经过下土体质点31，通过下剪切弹簧32传递到侧土体质点22上，再通过水平弹簧6将震动传递至地下结构质点1上，在震动传播的过程中，由于不同位置的弹簧系数和阻尼系数各不相同，代入弹簧的弹簧系数、杆的刚度系数、阻尼器的阻尼系数，可以计算出由地震波输入点3传播至各土体质点的地震反应，进一步计算出侧土体质点22对地下结构质点1的动力作用，得出地下结构的地震反应，通过该地震反应状态来设计地下结构的抗震系数等数值。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型，其特征是：包括有若干个用于模拟地下结构质量的的地下结构质点(1)、若干个用于模拟土体质量的土体质点(2)以及地震波输入点(3)，所述的地下结构质点(1)之间通过连接杆件(4)连接形成一刚性杆系(5)，所述的土体质点(2)包括侧土体质点(22)，所述的侧土体质点(22)均匀分布于刚性杆系(5)两侧并等间距竖直设置，相邻的侧土体质点(22)之间通过剪切弹簧(21)串连，所述的侧土体质点(22)与刚性杆系(5)之间通过水平弹簧(6)连接，所述的剪切弹簧(21)与水平弹簧(6)上均并联有阻尼器(7)。
2.根据权利要求1所述的土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型，其特征是：所述的侧土体质点(22)分布于地下结构质点(1)的水平两侧。
3.根据权利要求2所述的土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型，其特征是：所述的土体质点(2)包括有若干个位于地下结构质点(1)下部的下土体质点(31)，相邻的所述的下土体质点(31)通过下剪切弹簧(32)串联，位于最下部的下土体质点(31)与地震波输入点(3)连接，位于最上部的下土体质点(31)通过下剪切弹簧(32)与侧土体质点(22)弹性连接。
4.根据权利要求3所述的土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型，其特征是：所述的土体质点(2)包括有若干个位于地下结构质点(1)上部的上土体质点(8)，相邻的上土体质点(8)通过上剪切弹簧(81)串联，位于最下部的上土体质点(8)通过上剪切弹簧(81)与侧土体质点(22)弹性连接。
5.根据权利要求4所述的土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型，其特征是：所述的下剪切弹簧(32)并联有阻尼器(7)。
6.根据权利要求5所述的土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型，其特征是：所述的上剪切弹簧(81)并联有阻尼器(7)。
7.根据权利要求6所述的土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型，其特征是：处于同一水平面的所述的侧土体质点(22)与地下结构质点(1)之间通过水平弹簧(6)连接。
8.根据权利要求6所述的土－地下结构相互作用体系地震反应简化模型，其特征是：所述的地下结构质点(1)以及土体质点(2)均为集中质量点。
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|---|---|---|---|---|
| CN107066744A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-08-18 | 济南轨道交通集团有限公司 | 富水地层中地铁车站的抗震分析方法 |
| CN108647366A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-10-12 | 清华大学 | 城市建筑群地震反应非线性历程分析方法及装置 |
| WO2019148950A1 (zh) * | 2018-02-05 | 2019-08-08 | 清华大学 | 城市建筑群地震反应非线性历程分析方法及装置 |
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| US11371907B2 (en) | 2018-02-05 | 2022-06-28 | Tsinghua University | Method and device for city-scale nonlinear time-history analysis |
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