复杂断面地下结构地震反应分析的整体式反应位移法

介绍地下结构抗震分析中常用的反应位移法存在的局限性,在借鉴反应位移法基本原理的基础上,提出一种适用于复杂断面地下结构地震反应分析的整体式反应位移法。从理论上论证该方法与反应位移法基本原理的一致性,详细介绍该方法的实施步骤与特点,给出地震作用的求解方法。该方法采用土-结构相互作用模型来直接反映土体与结构间的相互作用,避免了引入地基弹簧带来的计算量和计算误差。采用连续自由场土层模型来计算等效输入地震动荷载,概念明确、操作简单,能较好地适用于复杂断面地下结构的地震反应分析。结合实际工程与动力时程方法进行对比研究,结果表明,文中提出的整体式反应位移法是一个精度较高、计算简便、适用性很强的拟静力计算方法,可以用于地下结构的抗震分析与设计中。     

地铁地下结构抗震设计方法差异性规律研究

详细介绍动力时程分析方法、反应位移法、整体式反应位移法、强制反应位移法、张建民地震土压力方法、简化地震土压力方法、反应加速度法、地下结构Pushover分析方法等地铁地下结构抗震设计方法。结合以上各种抗震设计方法,计算不同地质条件以及不同埋深条件下北京地下直径线单层框架结构侧墙变形(顶底板位移差值)及结构内力,并对其结果进行比较分析,为探讨各种设计方法计算结果的差异性规律提供一定的依据。结果表明,不同土层条件时,反应加速度法、地下结构Pushover分析方法与动力时程分析方法计算值基本一致;不同埋深条件时,基于日本铁路抗震设计规范动弹簧系数的反应位移法、张建民地震土压力方法与动力时程分析方法计算值更为接近。     

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。     

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。     

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。     

地下结构抗震分析的整体式反应位移法

 对目前地下结构抗震分析中的传统反应位移法进行分析,针对该方法的主要误差来源,结合反应位移法明确的物理概念及严密的理论基础,提出一种适用于地下结构抗震分析的计算方法--整体式反应位移法。整体式反应位移法在反应位移法的基础上,通过直接建立土–结构分析模型来反映土–结构间相互作用,避免引入地基弹簧带来的计算量和计算误差。为验证改进方法的有效性,一方面从物理概念出发,论证改进方法与反应位移法的一致性;另一方面通过数值计算,将整体式反应位移法与动力时程分析方法进行对比分析。结果表明,整体式反应位移法相比于反应位移法计算量小,计算结果更接近动力时程方法,是一种实用性强的拟静力方法。     

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。     

不同规范中地下结构地震反应分析的反应位移法对比研究

反应位移法是一种实用的地下结构抗震反应分析方法,该方法计算步骤相对简便,具有较好的分析精度,在地下结构抗震设计计算中得到广泛使用,已被包括《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909-2014)和《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)等多部规范所采用。但是由于该方法在理论推导上的不同,以及不同研究者理解上的不一致,导致现行不同规范的计算模型和荷载输入存在差别。文中给出反应位移法的推导过程,分析反应位移法中各项荷载的合理形式和意义,对现行不同规范中反应位移法的计算模型作出明确判断,通过与动力时程计算结果的对比分析表明：反应位移法中地震作用的输入通过结构周边自由场应力实现,忽略部分周边自由场应力的计算模型是不合理的。     

反应位移法在圆形隧道抗震分析中的适用性评价

反应位移法是目前国家和行业规范均推荐采用的地下结构抗震设计方法。但目前对反应位移法的参数选取及其适用性的认识尚不深刻,从而制约了反应位移法在隧道抗震分析与设计中的应用。本文以动力时程分析法为基准,对比分析圆形隧道两种不同的地层剪力计算方法对反应位移法计算精度的影响;同时评价了不同场地条件、不同埋深下反应位移法的适用性。结果表明,反应位移法在圆形隧道抗震分析中适用性较好,且计算精度随埋深增大略有提高;但轴力计算结果明显偏小,且随地层剪切波速的增加,轴力计算误差略有增大。     

地下结构简化抗震设计方法在综合管廊中的对比研究

反应加速度法与反应位移法是2种规范推荐的地下结构简化抗震设计方法。详细阐述2种方法的核心思想与优缺点。以上海市临港综合区浩通路综合管廊结构为例,以土-结构动力时程法为基准,采用大型通用有限元软件ABAQUS进行建模,具体对比2种方法在上海市7度设防条件下的计算效果。研究表明,相对于反应位移法,反应加速度法的计算过程更为简便,计算结果更为精确。推荐工程设计人员在综合管廊结构抗震设计中选用反应加速度法。     

浅埋矩形框架地铁车站结构抗震性能指标标定研究

针对目前地下结构抗震性能水准定义与性能指标标定研究的不足,文章参考地面建筑性能水准的划分方法,将地下结构的抗震性能水准划分为四个水平,并对每一水平条件下结构具备的功能性作了简略描述。在此基础上,选取18座不同断面类型的浅埋矩形框架地铁车站,建立土-结构三维整体分析有限元模型。采用倒三角分布荷载的地下结构Pushover分析方法进行分析,获得各个车站结构关键构件的完整能力曲线。通过几何作图法和概率统计方法建立以层间位移角为限值的矩形框架地铁车站结构横向抗震性能指标体系。该性能指标量化标准可在一定程度上指导地下结构抗震设计,并为进一步发展和完善现有地下结构抗震性能指标体系研究提供参考。     

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。     

地下框架结构抗震性能评价方法的研究

目前关于地下结构地震响应的分析大多是计算给定的地下结构在给定地震动下的动力响应,而该结构在该动力响应下是否已破坏则不得而知,这就需进行地下结构抗震性能评价方法的研究。首先总结了目前国内外在地下框架结构破坏评价方法方面的研究,在此基础上,结合《建筑抗震设计规范》,提出了新的评价方法：基于层间位移角的构件变形能力评价和基于有效应力值的构件强度评价。然后,以地铁车站及地下人防工程等地下框架结构为例,建立其三维分析模型,计算其三维地震响应,主要包括结构的水平横向相对位移和结构受力,对地下框架结构抗震性能进行评价。分析表明：所提出的评价方法能初步应用于地下框架结构的抗震性能评价,但仍需进一步完善。研究成果和思路可为《建筑抗震设计规范》中地下建筑结构部分的补充和完善提供有益的帮助。     

矩形断面地下结构抗震设计简化方法探索

基于土体与地下结构动力相互作用分析法,从考虑地下结构抗震的位移响应特性入手,引入剪应变传递率这一新概念。通过大量的数值模型试验,提出了剪应变传递率的经验计算公式,总结了利用剪应变传递率法进行地下结构抗震设计的一般步骤,并通过工程实例验证了这一方法的可行性。     

地下结构在竖向和水平地震荷载作用下的动力分析

本文基于有效应力动力分析法 ,运用二维显式有限差分程序FLAC对地下结构在竖向和水平地震荷载作用下的动力响应进行数值分析。编制了周围土体介质分析模型的程序模块并与FLAC接口。考虑了水平和竖向地震荷载对地下结构的耦合效应 ,得出了竖向地震荷载对地下结构的破坏有重要影响的结论。     

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。     

地下结构地震响应理论分析研究现状与展望

目前地下工程抗震设计一般是基于传统的拟静力计算,这与实际地震响应相差较远。1995年日本阪神大地震对地下结构的破坏,打破了土木工程界忽视地下工程抗震的固有观念,掀起了一股地下工程抗震研究热潮。论文对地下工程地震响应分析的解析法、半解析法与数值计算方法的发展现状与存在问题进行了较为全面的阐述。结合地下工程抗震设计的实际需求,探讨了地下结构地震响应理论分析的发展趋势。     

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。     

Seismic design and analysis of underground structures

Underground facilities are an integral part of the infrastructure of modern society and are used for a wide range of applications, including subways and railways, highways, material storage, and sewage and water transport. Underground facilities built in areas subject to earthquake activity must withstand both seismic and static loading. Historically, underground facilities have experienced a lower rate of damage than surface structures. Nevertheless, some underground structures have experienced significant damage in recent large earthquakes, including the 1995 Kobe, Japan earthquake, the 1999 Chi-Chi, Taiwan earthquake and the 1999 Kocaeli, Turkey earthquake. This report presents a summary of the current state of seismic analysis and design for underground structures. This report describes approaches used by engineers in quantifying the seismic effect on an underground structure. Deterministic and probabilistic seismic hazard analysis approaches are reviewed. The development of appropriate ground motion parameters, including peak accelerations and velocities, target response spectra, and ground motion time histories, is briefly described. In general, seismic design loads for underground structures are characterized in terms of the deformations and strains imposed on the structure by the surrounding ground, often due to the interaction between the two. In contrast, surface structures are designed for the inertial forces caused by ground accelerations. The simplest approach is to ignore the interaction of the underground structure with the surrounding ground. The free-field ground deformations due to a seismic event are estimated, and the underground structure is designed to accommodate these deformations. This approach is satisfactory when low levels of shaking are anticipated or the underground facility is in a stiff medium such as rock. Other approaches that account for the interaction between the structural supports and the surrounding ground are then described. In the pseudo-static analysis approach, the ground deformations are imposed as a static load and the soil-structure interaction does not include dynamic or wave propagation effects. In the dynamic analysis approach, a dynamic soil structure interaction is conducted using numerical analysis tools such as finite element or finite difference methods. The report discusses special design issues, including the design of tunnel segment joints and joints between tunnels and portal structures. Examples of seismic design used for underground structures are included in an appendix at the end of the report.