本文是一篇土木工程论文，本文地震波考虑了水平输入、竖向输入及水平-竖向耦合输入的方式，入射角度采用垂直入射，但综合管廊、地铁车站的空间尺度较大，未考虑到地震波的行波效应，关于斜入射下共构结构体系的地震响应分析仍有待开展；
第1章绪论
1.1研究背景和意义
随着城市地下空间的逐步开发，地下结构的形式及规模日趋复杂，呈现出结构规模扩大化，空间格局复杂化，断面形式多样化的特点。与此同时，地下结构建设深度也不断扩展，各层结构的功能沿深度方向进行分层规划布局，如图1-1所示为多功能地下结构共同体。
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在地下结构建设中，综合管廊、地铁车站、地下轨道等其它结构往往存在着共线、交叉等问题，不仅增加建设难度、提高工程风险，还大幅增加建设费用[1]。以往的建设模式通常是选取相互避让原则，这浪费了有限的地下空间。如果采取合理规划，将同一区域内的地下结构进行整合建设，可减少由于反复开挖和在施工中造成的各建筑物间的相互影响，还有利于实现地下结构的集约化管理。由此，衍生出一种新型的结构体系——地下共构结构体系，它是由单一的结构功能走向集交通、市政、商业等多种功能的城市综合体。这种集多种功能于一体的共构结构体系已成为城市整体建设的发展趋势，为城市地下结构建设注入全新的发展活力。
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1.2地下结构抗震研究现状
1.2.1大型（异形）地下结构抗震研究现状
随着地下结构施工技术的发展进步，长跨度、高断面、宽柱距、大开洞、异形柱等各具特色的地下结构形式屡见不鲜，以满足对地下城市的实用性、美观性等多方面需求。近年来，众多学者对传统规则的矩形地下结构进行了抗震研究，取得丰硕的研究成果[9-13]。但是其建立的结构尺寸规模较小，截面形式相对较简单，所得到的地震响应对于大型复杂断面的地下结构普适性一般。众所周知，地下结构形式的不同会导致地震响应规律差异，有必要针对不同的地下结构形式进行地震响应研究。
梁、柱作为车站结构的关键部件，梁、柱形式的变化直接影响整体的抗震性能。陈磊等(2012)[14]针对三拱立柱式地铁车站的地震反应进行分析，发现立柱底部损伤最严重，副拱较主拱安全。陶连金、李积栋等(2014，2015，2016)[15-17]以北京单、双层Y形柱地铁车站为研究背景，对其地震响应特性进行了模型试验和数值模拟研究，得出由于中板的存在，单层Y形柱的应变幅值远大于双层Y形柱。Zhao等(2019)[18]通过振动台试验研究了中庭地铁站在双向地震动作用下的响应特性，研究表明在竖向地震作用下无支撑柱的横向梁表现出明显的弯曲振动。赵慧玲等(2021)[19]分析了不同幅值、不同频谱地震波作用下中庭式车站顶板连梁的破坏机理，提出薄弱构件的抗震设计应考虑不同地震动频谱特性的差异。总结以上研究可发现，地铁车站梁、柱结构形式发生变化时，其地震响应、薄弱环节、传力机制等与标准形式断面的地下结构有所不同。
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第2章土-共构结构体系地震响应分析理论基础
2.1材料本构模型及其参数选取
2.1.1土体本构模型
本文土体本构模型选取摩尔库伦（Mohr-Coulomb）模型，ABAQUS中应用的是经典摩尔库伦屈服准则的扩展，采用摩尔库伦屈服函数，包含粘聚力的各向同性的硬化和软化[60]。
ABAQUS中的摩尔库伦模型在进行有限元分析时，参数定义主要由摩擦角、剪胀角、粘聚力和等效塑性应变组成。摩尔库伦模型采用非关联流动法则，在ABAQUS中需应用非对称求解器，特别是在进行极限承载力分析时（接近破坏），否则会导致模型不易收敛。
2.1.2混凝土本构模型
混凝土塑性损伤模型（CDP模型）[61-63]是采用各向同性的弹性损伤理论以及各向同性的拉伸和压缩塑性理论来表示材料的塑性行为，可以模拟混凝土在单调、循环及动态荷载下的力学行为。接下来从CDP模型的塑性行为、滞回规则等方面进行说明。
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2.2人工边界与地震动输入
在进行地下结构动力分析时，需从半无限土体中人为截取一个有限的计算区域。为使地震波穿过截取边界而不发生反射[64]，需对边界进行人工处理，称之为人工边界条件。人工边界的好坏对土-结构相互作用分析影响很大，其结果取决于两个关键问题：人工边界条件的设置和有效的地震波输入方法。
地震波的波动输入方法与人工边界条件的设置紧密相关，目前常用的人工边界条件有透射边界、粘性边界、粘弹性边界、无限元边界等，地震波输入方法有惯性力输入法、等效荷载输入法等。本节对无限元边界和粘弹性边界做简要介绍，并采用等效荷载法，对节点应力进行推导。然后采用ABAQUS软件对自由场模型入射正弦波进行算例分析，分别采用粘弹性边界、无限元边界，比较两种边界的位移结果，并与解析解进行对比。
粘性边界可以解决入射波的反射，但存在低频失稳问题。之后，Deek[67]、刘晶波[68-70]、杜修力[71]等提出较为实用的粘弹性人工边界，三维粘弹性边界示意图如图2-4所示。基本原理为在粘性边界中施加弹簧模拟无限域对有限域的弹性恢复能力，具有良好的低频和高频稳定性。
动力无限元边界与粘弹性人工边界均为应力型人工边界，其地震动的输入方法为将波动问题转化为波源问题，即把地震动转化为人工边界节点上的等效荷载进行输入[73]。
对于ABAQUS中的无限元边界，采用软件中的无限元单元，其类似于在边界上连续分布切向-法向的阻尼系统，无限元人工边界及其脱离体示意如图2-5所示。其等效应力为两方面：一是人工边界节点处介质自身产生的应力；二是节点速度导致阻尼产生的附加应力。
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第3章管廊与车站共构结构体系地震响应规律研究.........................23
3.1土-共构结构体系有限元模型的建立.............................23
3.2地震波的选取与输入.................................26
第4章叠合板式拼装共构结构体系地震响应规律初探.........................63
4.1叠合板式拼装共构结构体系有限元模型的建立.........................63
4.2叠合板式拼装共构结构体系地震响应分析...............................64
结论与展望............................71
第4章叠合板式拼装共构结构体系地震响应规律初探
4.1叠合板式拼装共构结构体系有限元模型的建立
本章基于第三章综合管廊与地铁车站共构结构体系模型，将负一层综合管廊顶板替换为钢筋桁架混凝土叠合板，建立土-叠合板式拼装共构结构体系有限元模型。结构现浇混凝土与预制混凝土分别建立模型，叠合板尺寸为5 m×5 m×0.7 m和6.4m×5 m×0.7 m，纵向放置4块（20 m）。预制底板的厚度为120 mm，上部后浇层厚板的厚度为580 mm。叠合板的叠合面是由预制混凝土、后浇混凝土形成的接触面，及叠合板与综合管廊侧墙的接触均采用“Surface-to-Surface”，摩擦系数设置为0.8，不同叠合板块之间的接触面采用“Tie”进行连接绑定。
叠合顶板纵剖面的配筋图如图4-1所示，其中包含纵横钢筋网片和桁架钢筋。钢筋采用双折线模型，所选取的钢筋型号均为HRB400，密度为78503kg/m，弹性模量200GPa，泊松比0.3，ykf=400 MPa，钢筋模型采用T3D2单元，预制混凝土、现浇混凝土均采用C3D8R单元。钢筋与混凝土采用分离式建模，并采用“Embeddedregion”将钢筋嵌入到混凝土中。图4-2为ABAQUS中建立的预制叠合板混凝土模型图，图4-3为预制叠合板中钢筋模型图，图4-4为两块拼装预制混凝土及其配筋图，图4-5为叠合板式拼装共构结构体系有限元模型。
土木工程论文参考
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结论与展望
结论
综合管廊与地铁车站共构结构体系作为一种新型的地下结构建设形式，实现了地下空间建设的集约化和高效化，具有广泛的发展前景。本文通过建立土-管廊与地铁车站共构结构体系三维有限元分析模型，对整体现浇共构结构体系及基于钢筋桁架叠合顶板的共构结构体系的地震响应进行了较为细致的研究。其中，现浇管廊与地铁车站共构结构体系考虑了不同频谱地震波、竖向地震动作用、结构埋深、土层刚度、综合管廊与地铁车站相对位置关系几个方面的因素，装配式管廊与地铁车站共构结构体系考虑了水平-竖向耦合地震动下的地震响应，并得出一些研究成果，可为综合管廊与地铁车站共构结构体系的抗震设计提供参考。
(1)综合管廊与地铁车站共构结构体系的水平加速度峰值沿结构侧墙的高度方向先减小后增大；内部结构形式的变化使共构结构体系左侧墙变形模式有所不同；受到负一层管廊内侧墙不对称分布的影响，负一层底板左跨的弯矩峰值最大、右胯次之、中跨最小，侧墙分布向下影响减小，负三层底板沿横向的弯矩幅值为对称分布；共构结构体系的损伤，下层较上层严重，节点刚度突变部位损伤严重。
(2)不同类型地震波对综合管廊与地铁车站共构结构体系的地震响应具有显著影响，选取多条地震波进行结构的地震响应分析和位移验算最为恰当，在进行结构地震反应分析时竖向地震作用不容忽视。在El centro波作用下顶底板加速度放大系数、顶底板相对水平位移、沿侧墙、柱高度的相对水平位移最大，在人工波作用下共构结构体系残余变形、主应力值、柱子内力值、底板弯矩最大，损伤最严重；竖向地震动的存在会加大共构结构体系顶底板的相对水平位移、楼板竖向位移及柱子的内力响应。
(3)合理选择埋深及处理土层可以减轻地震损伤。在地震作用下共构结构体系存在最不利埋深的情况，本文结构的最不利埋深在5-10m范围内。土层刚度在一定范围内增大有利于减小结构地震反应，本文土层刚度从0.5 G增加到2 G时，共构结构体系的地震响应随土层刚度的增加而逐渐减小。
参考文献（略）