反应位移法在复杂地下结构抗震中的应用

针对我国尚缺少完善的地下结构抗震分析方法和专门的有关复杂地下结构抗震设计规范的现状,在总结目前国内外地下结构抗震计算方法的基础上,采用反应位移法对某复杂地下大空间结构进行抗震设计与分析。同时,分析中还建立了该复杂地下结构的三维精细化有限元模型,采用动力时程分析给出结构的基准地震响应,从而评价反应位移法用于复杂地下结构抗震设计的适用性。分析结果表明,对于不同的计算工况反应位移法的计算结果与动力时程分析均基本一致,说明反应位移法可用于复杂地下结构的抗震设计。研究结论可为今后类似地下工程的抗震设计提供指导。     

地下工程抗震分析方法及性能评价研究进展

 地下工程震害及其抗震性能研究是当前国内外学者研究结构抗震的一个热点方向。由于受周围岩土体的约束,地震作用下地下结构的动力响应特征与地面建筑存在较大差异。针对地下结构特殊的动力响应特征,国内外学者展开了一系列抗震理论分析和模型实验研究。在论述地下结构地震动破坏特征及破坏机制的基础上,总结目前地下结构抗震性能评价的研究进展并指出其存在的问题,提出地下工程抗震分析研究重点及全寿命周期抗震的下一步研究方向,以期为我国强震区地下工程震害机制分析和抗震性能设计提供有益帮助。     

苏州太湖新城地下空间结构抗震分析及设计

目前,针对地下结构的抗震分析已经成为当前地震工程领域研究的热点课题之一。我国目前尚缺少完善的地下空间结构抗震分析方法和专门的地下空间结构抗震设计规范。如何将目前国内外现有的结构抗震计算方法运用到具体的地下空间抗震设计中显得尤为必要。论文以苏州太湖新城核心区地下空间工程为背景,展开对地下空间结构抗震计算。建立土层-结构有限元模型,采用时程分析法得到结构的地震响应,与反应位移法得到的结果进行对比分析,证明了反应位移法用于地下抗震计算的合理性。同时,将设计常用的反应谱法与反应位移法进行比较,计算结果可为今后的类似地下空间项目的抗震设计提供参考。     

基于Abaqus的地下结构反应位移法抗震分析

随着城市地下空间的大规模开发利用,地铁、地下综合管廊、地下商店等地下结构得以大量兴建,其抗震问题已经成为城市地下工程抗震研究的重要组成部分。应用规范推荐的反应位移法对不规则矩形地铁车站结构进行抗震计算,分析不同位移加载方向下结构在设防地震、罕遇地震作用下的内力情况及抗震性能,进一步验证反应位移法的适用性。本文主要通过Abaqus软件对武汉地铁光谷五路站典型截面进行分析。     

某大型地下空间结构抗震设计方法分析北大核心CSCD

采用MIDAS GTS及SAP2000等有限元软件,对某大型地下空间进行结构抗震分析与设计。采用基于平面的二维土层-结构时程分析法与考虑土层与结构相互作用的弹性连接空间模型的反应位移法、弹性时程分析法及反应谱法,对地下空间结构进行计算分析对比。通过对结构地震响应及主要受力部位内力进行比较表明,空间模型的反应谱法计算结果能够包络另外三种方法的计算结果,该方法可供类似大型地下空间的抗震设计参考。     

某大型地下停车场强地震反应数值模拟分析

近年来全球范围内的地震灾害表明,地下结构在强地震作用下并没有预料的安全,针对铁路和公路隧道、地铁车站和区间盾构隧道的抗震设计研究已经有一定的基础,而对于大型公用地下工程如地下停车场、地下变电站、地下商场等的研究并不多,对此类地下结构的抗震性能研究意义重大。本文在地下结构的震害和岩土非线性动力计算方法研究的基础上,采用数值方法,对某大型地下结构进行了完全非线性地震动力时程分析,采用二次开发的土体非线性动力本构模型,模拟土在循环荷载作用下的动力特性。采用100年超越概率2%的强地震波作为地震动输入,对某大型地下停车场的地震反应进行了分析,重点分析结构的内力发展过程,并与三维等效地震荷载法计算结果进行对比。数值模拟结果能够合理地计算地下结构的内力和变形,能够很好地标识出地下结构的薄弱部分,对地下结构的抗震设计有很好的指导作用,可以为其他大型地下结构抗震计算的参考。     

某大型地下空间结构抗震设计方法分析

采用MIDAS GTS及SAP2000等有限元软件,对某大型地下空间进行结构抗震分析与设计。采用基于平面的二维土层-结构时程分析法与考虑土层与结构相互作用的弹性连接空间模型的反应位移法、弹性时程分析法及反应谱法,对地下空间结构进行计算分析对比。通过对结构地震响应及主要受力部位内力进行比较表明,空间模型的反应谱法计算结果能够包络另外三种方法的计算结果,该方法可供类似大型地下空间的抗震设计参考。     

下穿隧道-土-地表邻近框架结构相互作用体系

在中国城市轨道交通快速发展的推动下,隧道等地下结构近距离下穿地表建筑物的案例越来越多。对于相互穿越工程,较多的关注在于隧道等地下结构动态施工对地表建筑物安全的影响,而忽视了隧道建成后对被穿越的地表临近建筑物抗震性能的影响。拟结合某实际工程,建立盾构隧道-土体-地表邻近框架结构相互作用体系二维数值计算模型,对比分析隧道与邻近框架结构相互之间地震响应影响规律。计算分析表明：①隧道的存在使隧道两侧土体表面出现一个地震响应放大区;②下穿隧道对地表框架结构的地震响应有部分影响,但影响程度有限;③地表结构的存在对隧道结构地震响应的影响较小,可忽略不计。研究成果可为地下结构的规划以及地表结构与地下结构的抗震设计提供参考。     

拟静力法计算隧道横截面地震响应的一点改进

隧道、输水管道、地下管廊等地下结构的应用日趋增多,此类地下结构在地震作用下的动力响应将会以形变的方式体现。隧道地震响应目前有众多计算方法,本文就土-结构相互作用的解析解进行研究,估算圆形隧道横截面的变形和力。本文基于弹性力学理论,就两种相对刚度法的原理与计算结果进行了对比与分析,建立了两种方法的转化关系解析解,便于工程应用。通过对前人的研究成果总结与分析,对拟静力法计算隧道横截面地震响应做了相应的改进,并与已有算例进行对比,使其更加接近于真实的地震响应结果,文章成果对于地下结构初步设计具有一定的借鉴意义。     

地下工程震害与地下地震动的位移特征

地下工程与地面工程所处的环境不同决定了地震作用对地下结构影响的特殊性,震害经验显示地震动的位移是造成地下结构破坏的主要因素之一.对典型地下工程震害特征进行了总结,结合国外地下地震动台阵记录分析了地震动位移沿深度的分布特点.揭示了地下地震动的一些工程特性,可以为地下工程结构的抗震设计提供参考.     

地下结构纵向抗震动力可靠度分析

将沉埋隧道地震反应分析的数学模型应用于地下结构随机地震响应分析,阐述了采用动力分析方法求结构体系的脉冲响应函数的原理和方法,采用傅立叶变换原理和随机振动理论,建立了地下结构纵向随机地震响应统计特征的数学表达式。将结构随机地震响应看成是1个泊松过程,建立了采用首次超越破坏理论计算地下结构抗震可靠度的数学公式。以南京长江越江隧道初步设计方案(沉管段)为例,计算了其在高斯平稳随机过程地震动作用下的动力反应均方根值和纵向抗震动力可靠度。为地下结构整体随机地震反应分析及动力可靠度的研究提供了一种分析途径,为以可靠性理论为基础的地下结构抗震概率设计规范的制订奠定了理论基础。     

地下工程数值计算中地震动输入方法选择及实现

 在运用有限元数值方法进行地下结构抗震分析中,人工边界及地震动输入方法将直接影响到计算精度。在分析人工边界原理及常用地震动输入方法的基础上,研究地震动输入方法与人工边界间的相互作用。研究结果表明,不同地震输入方法将显著影响人工边界的吸收性能,而不同的人工边界需要采用与其相适应的地震动输入方法。接着分析两者相互作用的机制,并以无限元人工边界为例提出与其相适应的地震动输入方法,并编制相关输入程序,实例计算结果表明,所提出的地震动输入方法及相应的输入程序具有良好的精度。研究内容可为地下结构有限元抗震计算中人工边界及地震动输入方法的选择提供依据。     

整体式反应位移法的理论推导及一致性证明

整体式反应位移法是近几年提出的用于地下结构抗震分析的实用计算方法,目前适用于复杂断面形式地下结构抗震分析的整体式反应位移法已被《地下结构抗震设计标准》（GB/T 51336-2018）采用。该方法通过建立地层-结构整体模型来反映岩土介质与结构之间的相互作用、采用自由场地层模型计算等效输入地震荷载,避免了经典反应位移法中由地基弹簧的确定和使用带来的计算量和计算误差,同时弥补了经典反应位移法只适用于规则断面形状地下结构抗震分析的局限性。文章基于有限元离散模型,给出地下结构地震反应分析的整体式反应位移法的理论推导,并证明地下结构抗震设计标准中采用的整体式反应位移法与理论推导给出的整体式反应位移法的一致性,有助于对整体式反应位移法的理解和正确使用。     

Mountain tunnel under earthquake force:A review of possible causes of damages and restoration methods

Accurate seismic assessment and proper aseismic design of underground structures require a comprehensive understanding of seismic performance and response of underground structures under earthquake force.In order to understand the seismic behavior of tunnels during an earthquake,a wide collection of case histories has been reviewed from the available literature with respect to damage classification,to discuss the possible causes of damage,such as earthquake parameters,structural form and geological conditions.In addition,a case of Tawarayama tunnel subjected to the 2016 Kumamoto earthquake is studied.Discussion on the possible influence factors aims at improving the performancebased aseismic design of tunnels.Finally,restoration design criterion and methods are presented taking Tawarayama tunnel as an example.     

地下结构抗震设计中的静力弹塑性分析方法

首先介绍目前地下结构抗震分析方法存在的主要问题,在借鉴地上结构静力弹塑性分析方法思想的基础上,提出一种适用于地铁等地下结构抗震分析与设计使用的静力弹塑性方法。详细介绍该方法的实施步骤与特点,给出水平等效惯性加速度的求解方法。该方法概念清晰、操作简单,能够在不需要计算相互作用系数的情况下较好地模拟土-结构之间的动力相互作用;能够进行结构在地震作用下的全过程分析,给出地下结构在输入地震波作用下的峰值变形与内力,避免对土-结构整体模型进行复杂的动力相互作用分析。结合实际工程与基于黏弹性静-动力统一人工边界的静-动力联合分析方法进行对比研究,验证地下结构静力弹塑性分析方法的可靠性及良好的模拟精度,可以应用于地下结构的抗震分析与设计中。     

双层地铁车站的强地震反应分析

采用动力时程分析法对一双层地铁车站进行了地震反应分析.结果表明,地震引起的地基变形是影响地下结构动力反应的决定性因素,结构峰值变形反应与自由场峰值变形反应之间近似存在简单的线性关系.与地上框架结构相比,地下结构的地震变形反应相对较小,但内力反应很大.此外计算结果还显示,相对于设计基本地震加速度,地面与基岩间的水平峰值相对位移（PGRD）对于地下结构抗震分析及设计而言是一种更为合理有效的设计地震动参数.     

浅埋地下结构地震反应分析的惯性力–位移法

现有的地下结构地震反应简化分析方法,如:地震系数法、自由场变形法、柔度系数法、反应位移法、反应加速度法和Pushover分析方法等,均没有考虑上覆回填堆积土体或地震中因剪切破坏失效后的上覆堆积土体在竖向地震作用下产生的惯性力效应。已有研究表明,这种上覆土体竖向惯性力效应对浅埋地下结构支撑构件的抗震性能(抗剪强度和极限变形)有重要影响,是评价浅埋地下结构抗震安全性的关键因素之一,不能忽视。为此,针对浅埋地下结构地震反应分析问题,提出了一种考虑上覆土体竖向惯性力影响的反应位移法,简称惯性力–位移法。给出了惯性力–位移法分析模型的两个关键参数确定方法,包括地基弹簧刚度及上覆土体最大竖向惯性力。工程实例分析结果表明,建议的惯性力–位移法与传统的反应位移法相比,不仅克服了传统的反应位移法不能给出中柱轴力的缺陷外,其它反应量的计算精度与之基本相当。     

高地震烈度区岩体地下洞室动力响应分析

 考虑地震荷载特征及地下洞室的特点,利用动力时程分析法,对金沙江两家人水电站地下厂房洞室进行地震动力响应分析。研究自然地震波作用下,有无衬砌工况下的厂房洞室相对位移、点安全系数变化趋势,分析地震波穿越地下洞室时位移变化规律及厂房洞室衬砌抗震效果。结果发现：地震波传播除了受介质、结构面分布的影响外,还受岩体洞室面的影响,洞室自由面附近岩体的振动强度被放大;地下洞室断面质点最大相对位移、点安全系数波动规律与地震波谱相似;地下洞室壁及F4断层未出现较大永久性位移,处于弹性可恢复范围;施加衬砌后洞室的振动强度降低,洞室围岩刚度增大,其所承受的地震荷载亦随之增大,而位移减小,支护后洞室最大相对位移及永久性位移比无支护工况下分别平均下降10.88%和29.20%,洞室衬砌抗震效果良好。研究结果可为类似工程问题提供参考。     

基于等效线性化的土–地下结构整体动力时程分析方法研究

地下结构抗震设计简化分析方法离不开场地地震反应分析,而频域内的等效线性化方法是一维土层地震反应分析的主流方法。在一维土层地震反应分析的等效线性化方法的基础上,提出了一种地下结构抗震设计的等效线性化分析方法,并给出场地材料参数的确定方法。将该方法应用于地铁车站的横断面抗震分析中,并与土体直接采用非线性的Davidenkov模型进行的动力时程分析方法对比,两者计算误差满足工程需要的精度要求。此方法兼具场地等效线性化方法和地下结构动力时程分析方法的双重优势,可以作为一种动力时程分析方法运用于地铁车站等地下结构的抗震设计中。