土－地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了土－地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型，其中：包括有若干個(gè)用于模擬地下結(jié)構(gòu)質(zhì)量的地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)、若干個(gè)用于模擬土體質(zhì)量的土體質(zhì)點(diǎn)以及地震波輸入點(diǎn)，地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)之間通過(guò)連接桿件連接形成一剛性桿系，土體質(zhì)點(diǎn)包括側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)，側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)均勻分布于剛性桿系兩側(cè)并等間距豎直設(shè)置，相鄰的側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)之間通過(guò)剪切彈簧串連，側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)與剛性桿系之間通過(guò)水平彈簧連接，剪切彈簧與水平彈簧上均并聯(lián)有阻尼器。本實(shí)用新型具有全面合理地考慮了土－地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及土木工程的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析的模型，具體的說(shuō)，是一種土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于地下結(jié)構(gòu)尤其是地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，動(dòng)力時(shí)程分析方法作為一種可靠的分析手段適用于深入研究地鐵等地下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)行為和地震破壞機(jī)理，而對(duì)于評(píng)估地下結(jié)構(gòu)承載力極限狀態(tài)和進(jìn)行常規(guī)的地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，還需要發(fā)展簡(jiǎn)便和實(shí)用的分析方法。目前地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)主要應(yīng)用反應(yīng)位移法以及基于反應(yīng)位移法而發(fā)展起來(lái)的其它簡(jiǎn)化方法。
[0003]反應(yīng)位移法對(duì)計(jì)算模型作了如下假設(shè):
[0004](I)地鐵地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)只受周?chē)鼗淖冃慰刂?，忽略自身慣性力的影響；
[0005](2)地鐵地下結(jié)構(gòu)為一彈性地基梁，把地震時(shí)自由場(chǎng)地基的反應(yīng)位移作為已知位移通過(guò)文克爾地基彈簧直接施加到地鐵地下結(jié)構(gòu)上。
[0006]通過(guò)以上假設(shè)可知，該方法不能全面合理地考慮土一地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用、結(jié)構(gòu)本身慣性力、輸入地震動(dòng)特性和覆蓋于地下結(jié)構(gòu)頂部的上部荷載的影響。
[0007]因此，建立一整套能合理考慮影響地鐵地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)特性各類(lèi)主要因素的抗震模型，用來(lái)分析地震中地下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)，是十分必要的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，而提供一種的全面合理地考慮了土一地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用的土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系的地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型。
[0009]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:
[0010]土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型，其中:包括有若干個(gè)用于模擬地下結(jié)構(gòu)質(zhì)量的的地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)、若干個(gè)用于模擬土體質(zhì)量的土體質(zhì)點(diǎn)以及地震波輸入點(diǎn)，地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)之間通過(guò)連接桿件連接形成一剛性桿系，土體質(zhì)點(diǎn)包括側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)，側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)均勻分布于剛性桿系兩側(cè)并等間距豎直設(shè)置，相鄰的側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)之間通過(guò)剪切彈簧串連，側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)與剛性桿系之間通過(guò)水平彈簧連接，剪切彈簧與水平彈簧上均并聯(lián)有阻尼器。
[0011]為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括:
[0012]上述的側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)分布于地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)的水平兩側(cè)。
[0013]上述的土體質(zhì)點(diǎn)包括有若干個(gè)位于地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)下部的下土體質(zhì)點(diǎn)，相鄰的下土體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)下剪切彈簧串聯(lián)，位于最下部的下土體質(zhì)點(diǎn)與地震波輸入點(diǎn)連接，位于最上部的下土體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)下剪切彈簧與側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)彈性連接。
[0014]上述的土體質(zhì)點(diǎn)包括有若干個(gè)位于地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)上部的上土體質(zhì)點(diǎn),相鄰的上土體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)上剪切彈簧串聯(lián)，位于最下部的上土體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)上剪切彈簧與側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)彈性連接。
[0015]上述的下剪切彈簧并聯(lián)有阻尼器。
[0016]上述的上剪切彈簧并聯(lián)有阻尼器。
[0017]上述的處于同一水平面的側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)與地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)之間通過(guò)水平彈簧連接。
[0018]上述的地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)以及土體質(zhì)點(diǎn)均為集中質(zhì)量點(diǎn)。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型地震反應(yīng)模型的構(gòu)成如下:位于地下結(jié)構(gòu)上部和下部的土體質(zhì)點(diǎn)，在豎直方向上通過(guò)剪切土彈簧相連；地下結(jié)構(gòu)側(cè)邊的土體質(zhì)點(diǎn)，與地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)通過(guò)水平彈簧相連接；地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)用剛性桿件相連。
[0020]本實(shí)用新型地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型建立思路如下:按照集中質(zhì)量法思想，將地下結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為串聯(lián)多質(zhì)點(diǎn)系，質(zhì)點(diǎn)間采用桿件相連，設(shè)置連接桿件，以模擬層間的彎曲和剪切變形；土體被簡(jiǎn)化為一系列集中質(zhì)量點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)間采用剪切彈簧連接。將結(jié)構(gòu)兩側(cè)土層的集中質(zhì)量，分配于地下結(jié)構(gòu)桿系集中質(zhì)量的兩側(cè)，以模擬兩側(cè)土體對(duì)地下結(jié)構(gòu)的慣性力影響。土質(zhì)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)之間采用水平彈簧連接，并且在彈簧間并聯(lián)阻尼器來(lái)模擬動(dòng)力相互作用過(guò)程中的能量耗散。本實(shí)用新型將地下結(jié)構(gòu)特化為一個(gè)剛性桿系，地下結(jié)構(gòu)的質(zhì)量都集中在幾個(gè)地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)上，將土體特化為豎直排列在剛性桿系上部、下部和兩側(cè)的彈性件，土體質(zhì)量都集中在幾個(gè)土體質(zhì)點(diǎn)上，極大地簡(jiǎn)化了模型的復(fù)雜度，通過(guò)對(duì)底層土質(zhì)點(diǎn)輸入地震波，可以快速方便地分析土體-地下結(jié)構(gòu)體系的地震反應(yīng)。本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置土體質(zhì)點(diǎn)與地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)以及連接兩者的水平彈簧，可以得出土與地下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用，同時(shí)通過(guò)加入了在地下結(jié)構(gòu)上部和下部的等價(jià)土體模型，模擬覆蓋在地下結(jié)構(gòu)上的土層和埋藏地下結(jié)構(gòu)下方的土層，使本實(shí)用新型能夠復(fù)合實(shí)際的工程實(shí)踐。
[0021]綜上，本實(shí)用新型具有全面合理地考慮了土一地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0024]圖1所示為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]其中的附圖標(biāo)記為:地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)1、土體質(zhì)點(diǎn)2、剪切彈簧21、側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22、地震波輸入點(diǎn)3、下土體質(zhì)點(diǎn)31、下剪切彈簧32、連接桿件4、剛性桿系5、水平彈簧6、阻尼器
7、上土體質(zhì)點(diǎn)8、上剪切彈簧81。
[0026]本實(shí)用新型的土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型，其特征是:包括有若干個(gè)用于模擬地下結(jié)構(gòu)質(zhì)量的的地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)1、若干個(gè)用于模擬土體質(zhì)量的土體質(zhì)點(diǎn)2以及地震波輸入點(diǎn)，地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)I之間通過(guò)連接桿件4連接形成一剛性桿系5，土體質(zhì)點(diǎn)2包括側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22，側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22均勻分布于剛性桿系5兩側(cè)并等間距豎直設(shè)置，相鄰的側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22之間通過(guò)剪切彈簧21串連，側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22與剛性桿系5之間通過(guò)水平彈簧6連接，剪切彈簧21與水平彈簧6上均并聯(lián)有阻尼器7。
[0027]實(shí)施例中，側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22分布于地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)I的水平兩側(cè)。
[0028]實(shí)施例中，土體質(zhì)點(diǎn)2包括有若干個(gè)位于地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)I下部的下土體質(zhì)點(diǎn)31，相鄰的下土體質(zhì)點(diǎn)31通過(guò)下剪切彈簧32串聯(lián)，位于最下部的下土體質(zhì)點(diǎn)31與地震波輸入點(diǎn)3連接，位于最上部的下土體質(zhì)點(diǎn)31通過(guò)下剪切彈簧32與側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22彈性連接。
[0029]實(shí)施例中，土體質(zhì)點(diǎn)2包括有若干個(gè)位于地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)I上部的上土體質(zhì)點(diǎn)8,相鄰的上土體質(zhì)點(diǎn)8通過(guò)上剪切彈簧81串聯(lián)，位于最下部的上土體質(zhì)點(diǎn)8通過(guò)上剪切彈簧81與側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22彈性連接。
[0030]實(shí)施例中，下剪切彈簧32并聯(lián)有阻尼器7。
[0031]實(shí)施例中，上剪切彈簧81并聯(lián)有阻尼器7。
[0032]實(shí)施例中，處于同一水平面的側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22與地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)I之間通過(guò)水平彈簧6連接。
[0033]實(shí)施例中,地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)I以及土體質(zhì)點(diǎn)2均為集中質(zhì)量點(diǎn)。
[0034]本實(shí)用新型所述的土體質(zhì)點(diǎn)2是指所有的模擬土體質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)，由上土體質(zhì)點(diǎn)8、下土體質(zhì)點(diǎn)31、側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22共同組成。
[0035]本實(shí)用新型將地下結(jié)構(gòu)特化為一個(gè)剛性桿系，地下結(jié)構(gòu)的質(zhì)量都集中在幾個(gè)地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)I上，將土體特化為豎直排列在剛性桿系兩側(cè)的彈性件，土體質(zhì)量都集中在幾個(gè)土體質(zhì)點(diǎn)2上，極大地簡(jiǎn)化了模型的復(fù)雜度，通過(guò)對(duì)底層土質(zhì)點(diǎn)輸入地震波，可以快速方便地分析土體-地下結(jié)構(gòu)體系的地震反應(yīng)。本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22與地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)I以及連接兩者的水平彈簧6，可以得出土與地下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用，同時(shí)通過(guò)加入了在地下結(jié)構(gòu)上部的上土體質(zhì)點(diǎn)8和地下結(jié)構(gòu)下部的下土體質(zhì)點(diǎn)31，模擬覆蓋在地下結(jié)構(gòu)上的土層和埋藏地下結(jié)構(gòu)下方的土層，使本實(shí)用新型能夠復(fù)合實(shí)際的工程實(shí)踐。
[0036]本實(shí)用新型的用法如下:本實(shí)用新型的用法如下:在地震輸入點(diǎn)3輸入地震波，地震波經(jīng)過(guò)下土體質(zhì)點(diǎn)31，通過(guò)下剪切彈簧32傳遞到側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22上，再通過(guò)水平彈簧6將震動(dòng)傳遞至地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)I上，在震動(dòng)傳播的過(guò)程中，由于不同位置的彈簧系數(shù)和阻尼系數(shù)各不相同，代入彈簧的彈簧系數(shù)、桿的剛度系數(shù)、阻尼器的阻尼系數(shù)，可以計(jì)算出由地震波輸入點(diǎn)3傳播至各土體質(zhì)點(diǎn)的地震反應(yīng),進(jìn)一步計(jì)算出側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)22對(duì)地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)I的動(dòng)力作用，得出地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，通過(guò)該地震反應(yīng)狀態(tài)來(lái)設(shè)計(jì)地下結(jié)構(gòu)的抗震系數(shù)等數(shù)值。
[0037]以上僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型，其特征是:包括有若干個(gè)用于模擬地下結(jié)構(gòu)質(zhì)量的的地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)(I)、若干個(gè)用于模擬土體質(zhì)量的土體質(zhì)點(diǎn)(2)以及地震波輸入點(diǎn)(3)，所述的地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)(I)之間通過(guò)連接桿件(4)連接形成一剛性桿系(5)，所述的土體質(zhì)點(diǎn)(2)包括側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)(22)，所述的側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)(22)均勻分布于剛性桿系(5)兩側(cè)并等間距豎直設(shè)置，相鄰的側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)(22)之間通過(guò)剪切彈簧(21)串連，所述的側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)(22)與剛性桿系(5)之間通過(guò)水平彈簧(6)連接，所述的剪切彈簧(21)與水平彈簧(6)上均并聯(lián)有阻尼器(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型，其特征是:所述的側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)(22)分布于地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)(I)的水平兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型，其特征是:所述的土體質(zhì)點(diǎn)(2)包括有若干個(gè)位于地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)(I)下部的下土體質(zhì)點(diǎn)(31)，相鄰的所述的下土體質(zhì)點(diǎn)(31)通過(guò)下剪切彈簧(32)串聯(lián)，位于最下部的下土體質(zhì)點(diǎn)(31)與地震波輸入點(diǎn)(3)連接，位于最上部的下土體質(zhì)點(diǎn)(31)通過(guò)下剪切彈簧(32)與側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)(22)彈性連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型，其特征是:所述的土體質(zhì)點(diǎn)(2)包括有若干個(gè)位于地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)(I)上部的上土體質(zhì)點(diǎn)(8),相鄰的上土體質(zhì)點(diǎn)(8)通過(guò)上剪切彈簧(81)串聯(lián)，位于最下部的上土體質(zhì)點(diǎn)(8)通過(guò)上剪切彈簧(81)與側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)(22)彈性連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型，其特征是:所述的下剪切彈簧(32)并聯(lián)有阻尼器(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型，其特征是:所述的上剪切彈簧(81)并聯(lián)有阻尼器(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型，其特征是:處于同一水平面的所述的側(cè)土體質(zhì)點(diǎn)(22)與地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)(I)之間通過(guò)水平彈簧(6)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的土一地下結(jié)構(gòu)相互作用體系地震反應(yīng)簡(jiǎn)化模型，其特征是:所述的地下結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)(I)以及土體質(zhì)點(diǎn)(2)均為集中質(zhì)量點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G09B23/40GK204010481SQ201420475242
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】左熹, 倪紅, 周桂云, 顧榮蓉 申請(qǐng)人:金陵科技學(xué)院