两层三跨框架式地铁地下车站结构弹塑性工作状态与抗震性能水平研究

针对目前缺乏对现有地铁地下车站结构抗震性能水平的认识,根据相关规范的规定,设计了7种研究不同场地类别,并考虑输入地震动强度,分析了两层三跨框架式地铁地下车站结构的动力损伤特性及其抗震水平。结果表明,地铁地下车站结构的弹性和弹塑性工作性态层间位移角限值分别小于地面钢筋混凝土框架结构的对应值;同时,地铁地下车站结构从弹性极限工作状态到弹塑性极限工作状态所对应的层间位移角的差值也较小,说明其抗震延性明显比地面钢筋混凝土框架结构的要差。基于计算结果,分析了不同输入地震动强度下地下结构层间位移角、结构与土体的刚度比和输入峰值加速度之间的关系,建立了该类地铁地下车站结构层间位移角随地下结构与地基的刚度比和输入地震波峰值加速度变化的预测公式,以及该类地下车站结构层间位移角限值与抗震性能水平的一一对应关系,初步给出了该类地下车站结构基于层间位移角的抗震性能水平划分和物理描述。     

基于IDA方法的两层三跨地铁地下结构地震易损性分析

以两层三跨地铁车站为研究对象,建立典型工程场地下的土–结构非线性相互作用分析模型,将基于IDA方法的结构地震易损性分析方法引入到地铁车站结构中,初步探讨适用于浅埋地下结构的地震动强度指标IM及地下结构地震响应随地震动幅值增大的变化规律,并建立浅埋地铁车站结构抗震易损性曲线,得到结构在不同地震烈度水平下的失效概率。分析结果表明:非自由场下地表处的PGA为合适的IM指标;与已有经验易损性曲线的对比结果表明易损性分析方法是可行的,可以定量的给出结构在不同性能水准下的失效概率,为地下结构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。     

基于pushover法的地铁车站柱墙剪力比研究

层间位移角作为一项重要的抗震性能指标,往往用于评估地上或地下结构在正常使用条件下的水平位移,从而确保结构应具备的刚度。然而,由于地下地铁车站结构埋置于土体之中,受到周围土层的约束,其在地震作用下的层间位移角量值小、不易控制与监测。鉴于此,文章以典型两层三跨地铁车站为研究对象,基于大型有限元程序ABAQUS建立了土 车站结构非线性相互作用分析模型,开展了pushover弹塑性推覆分析,得到了车站结构各构件的剪力—层间位移角全过程曲线,并在此基础上确定了构件的关键性能点及其阈值,研究了地铁车站结构不同性能状态下中柱和侧墙剪力分配规律。分析结果表明,地铁车站下层中柱首先进入破坏状态;下层中柱剪力先增加后减小,但相较于车站侧墙,中柱分配到的剪力比例一直下降。在此基础上,进一步提出了归一化的柱墙剪力比作为评价地铁车站抗震性能的力学指标,可有效弥补单一位移指标的不足。     

地下变电站结构抗震分析及设计方法研究

结合我国上海、北京地区地下变电站的结构特点,综合已有的地铁车站、地铁隧道等抗震设计研究成果,对地下变电站结构的抗震分析与设计进行系统地分析与探讨。地下变电站的抗震设计在一定程度上能参考已有的地铁车站的抗震设计方法,但还必须考虑其自身楼板开孔等特点进行抗震设计,同时要对其抗震构造措施进行专门的研究。     

地下结构地震破坏的大比尺循环推覆加载模型试验方法及其验证

目前振动台模型试验很难真实模拟地下结构的地震破坏特征及其发展过程，以大开地铁车站结构为原型，考虑周围土压力等效，基于单层地下结构抗震性能的层间位移角划分体系，确定了以位移控制的循环加载曲线，设计并开展了1∶7的大比尺模型结构推覆试验，并与数值模拟结果进行了对比。结果表明：车站结构中柱端部会先于结构的其他构件出现裂缝，发生先拉后压破坏，随着中柱承载能力的下降，结构内力开始重新分配，上覆土压逐渐向侧墙转移，进而导致顶板端部和侧墙顶底端裂缝开始发展，最终结构整体失去承载能力。与数值模拟结果相比，设计的大比尺地下结构地震破坏推覆加载试验能够准确模拟单层地下车站结构的地震破坏过程。同时，与已有的单层地下车站抗震性能水平研究结果对比，进一步验证了新模型试验方法能够合理再现单层地下结构抗震性能水平。     

矩形衬砌洞室在平面SV波入射下的动应力集中

利用大型有限元软件ADINA对地铁车站的地震反应做了初步的研究与分析,重点讨论了平面SV波垂直入射下,不同入射波频率和衬砌刚度对动应力集中系数的影响规律,从而为地下矩形结构的抗震设计提供参考数据。     

土–地下连续墙–复杂异跨地铁车站结构动力相互作用分析

针对目前地铁地下车站结构抗震性能研究中不考虑地下连续墙存在的现实问题,通过建立土–地下连续墙–复杂异跨地铁车站结构静动耦合非线性相互作用的有限元数值模型,对比分析了无地下连续墙、含单层地下连续墙及含双层地下连续墙等不同情况下异跨地铁地下车站结构的地震动力反应特征。结果表明:地下连续墙的存在仅在地震强度较小时能够显著提高车站主体结构的抗水平侧移能力,当地震强度较大时结构的水平位移增大明显;从结构层间位移的角度看,结构下层的层间位移涨幅最大,不考虑地下连续墙存在的计算结果将偏于危险;地下连续墙加强了地铁车站结构的抗侧移刚度,致使车站结构整体变形性态和内力分布发生重大变化,其中结构侧墙端部应力水平明显减小,各楼板端部的应力水平明显增大;本文计算工况中,异跨车站结构的下层中柱是抗震设计时的薄弱位置,其中以双层地下连续墙工况时的结构下层最为危险。     

侧向连续开孔地下综合体地震响应分析

周围地下空间开发结构与地铁车站连通形成地下综合体,在其相连接侧墙上进行开孔以方便通行,但开孔必定会对结构抗震性能产生影响,因此有必要分析其地震响应.以实际工程为背景,建立结构三维模型,分析不同开孔方式对结构地震响应的影响,确定地下结构空间效应以及抗震薄弱部位.分析结果表明:地下综合体中车站部分的层间位移角、柱端水平弯矩...     

地下车站结构地震时程响应分析

地铁地下结构的抗震研究对于提高城市的防灾能力具有十分重要的意义。本文采用MIDAS GTS NX有限元分析软件建立某两层两跨地下车站结构的三维有限元计算模型,利用动力时程分析法对地下车站结构在三种地震波激励下的位移和内力响应进行计算分析。研究结果表明结构具有良好的抗震性能,中柱的地震响应比其它位置大,是整体结构的抗震薄弱部位,有必要对其加强抗震设计。     

地铁车站结构下穿地表建筑地震响应分析

基于ABAQUS软件建立了地表结构—土—下穿地铁车站结构大型三维有限元数值模型,数值分析了下穿地铁车站结构在不同类型地震波作用下的地震响应规律,并将下穿一体化地铁车站结构与下穿密贴地铁车站结构计算结果进行对比分析,探讨了下穿地铁车站结构的地震响应特性。结果表明:下穿密贴地铁车站结构的整体性相对较差,车站结构与上部结构出现了滑移现象,车站顶层层间相对水平位移较小,其余层的层间相对水平位移较大;下穿一体化地铁车站结构受力相对较大,各构件连接处及各层中柱依然是抗震设防的重要部位,建议下穿地铁车站中柱采用高强高延性的钢管混凝土柱或型钢混凝土组合柱;中远场地震波能够对中软土场地中下穿地铁车站结构的位移、加速度和内力等动力特性产生显著的影响。     

地下连续墙对叠合墙式地铁车站结构地震反应的影响研究

针对现行地铁地下车站结构的常见叠合墙式结构设计方法和抗震分析方法中不考虑地下连续墙存在的现实情况,基于数值计算方法,建立了土–地下连续墙–地下结构静动力耦合非线性相互作用有限元分析模型,分析了地下连续墙存在时对地铁地下车站主体结构地震反应的影响规律。研究结果表明:地下连续墙的存在对地铁车站主体结构的抗水平侧移能力有一定的提高作用,使得其顶底间的最大相对位移有显著减小。从这一结果出发,似乎可以认为地下结构抗震分析中不考虑地下连续墙时可看作是地下结构的地震安全储备。但是,地下连续墙的存在明显改变地下结构的整体变形性态,进而导致地下结构的内力发生重分布,尤其使得大震时车站结构的顶、中、底板一些关键部位的地震损伤程度明显比不考虑地下连续墙时要严重;同时,地下连续墙对车站结构顶底板表面与土体间的相对摩擦剪力也产生明显的影响。     

地铁地下结构抗震分析及设计中的几个关键问题

针对我国尚缺少完善的地铁地下结构抗震分析方法和专门的地铁结构抗震设计规范的现状,在分析目前我国地铁等地下结构抗震研究及设计方法的基础上,重点阐述了需要迫切解决的五个关键问题:合理的地下结构动力分析模型,高效的地下结构-地基系统动力相互作用问题分析方法,合理而实用的地铁地下结构地震破坏模式和抗震性能评估方法,地铁地下结构抗震构造措施,地铁区间隧道穿越地震断层的设计方案及工程措施。这些问题的研究和解决将为地铁地下结构抗震设计规范或规程的制定奠定坚实的基础。     

Numerical study on the seismic response of the underground subway station- surrounding soil mass-ground adjacent building system

Ground buildings constructed above metro station have increased very quickly due to the limited land resources in urban areas. In this paper, the seismic response of the Underground subway station-Surrounding soil mass-Ground adjacent buildings (USG) system subjected to various seismic loading is studied through numerical analysis. The numerical model is established in terms of the calculation domain, boundary condition, and contact property between soil and structure based on the real project. The reciprocal influence between subway station and ground adjacent building, and their effects on the dynamic characteristics of surrounding soil mass are also investigated. Through the numerical study, it is found that the impact of underground structure on the dynamic characteristics of the surrounding soil mass depends on its own dimension, and the presence of underground structure has certain impact on the seismic response of ground adjacent building. Due to the presence of underground structure and ground adjacent building, the vertical acceleration generated by the USG system cannot be ignored. The outcomes of this study can provide references for seismic design of structures in the USG system.     

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。     

近距离地下穿越结构地震响应研究综述

鉴于设计和使用要求,近距离地下穿越工程大量涌现,形成了土体-相互穿越结构群复杂相互作用体系。多个地下结构出现近距离穿越情况时,在地震作用下结构与临近土体以及结构之间均存在动力相互作用,地下穿越结构体系的地震响应规律更加复杂。基于对大量实际近距离穿越工程案例的归纳整理,将地下穿越结构大体分为隧道相互穿越体系、隧道穿越地铁车站体系、地铁车站相互穿越体系。在总结地下穿越工程特点的基础上,分别阐述各穿越体系地震响应研究现状和进展,指出现有研究中存在的不足和问题,并对今后进一步研究的方向给出了一些建议。     

十字换乘地铁车站结构地震响应分析

换乘地铁车站结构由于其显著的空间效应以及其在地下交通线网中的重要性,其抗震性能值得关注。基于某十字换乘车站结构,建立其三维计算分析模型。其中将其简化为两方向相同长度和结构形式的地下框架结构,采用等价线性化模型Davidenkov模型考虑土体非线性。计算分析了不同地震动类型和幅值作用下换乘车站结构的地震响应规律。同时,将换乘站地震响应与典型的单体车站进行了比较,探讨了其空间效应及抗震性能。基于本文的计算分析结果表明:对于文中计算分析案例而言,由于换乘站端墙的影响,其空间效应比单体车站强,层间相对变形较小,因此其整体抗震性能优于单体车站。另外,由于换乘站平面尺寸相对较大,在一定程度上阻隔了地震波的传播,因而换乘站降低了土体地表响应,而单体车站则放大了土体地表响应。论文研究成果对换乘车站的抗震设计与分析具有一定的参考意义。