软弱地基浅埋地铁区间隧洞的地震反应分析

针对南京地铁建设的实际背景和南京软弱地基的特点,以某典型软弱地基浅埋地铁区间隧洞为研究对象,对该软弱场地土的动参数进行了室内外试验研究,给出了各类土的剪切模量比G/Gmax和阻尼比λ与剪应变幅值γ之间的关系曲线,以及各土层的剪切波速;同时,采用等效线性化模型描述土的非线性性能,考虑地基土与地下浅埋隧洞动力相互作用的影响,采用二维有限元整体分析法对软弱地基浅埋隧洞的地震反应进行了数值模拟。计算结果表明:软土地基上的浅埋隧洞在中强地震发生时,在衬砌内引起很大的轴向力、剪力和弯矩,使得软土地基上浅埋隧洞在地震荷载作用下距离洞顶和洞底±35°左右的地方很容易发生剪切和弯剪破坏,这与已有地下隧道的震害是非常吻合的,因此该计算结果对地下区间隧道的抗震设计具有重要的参考价值。     

两层双柱岛式地铁车站结构水平向非线性地震反应分析

采用在ABAQUS软件上开发实现的土体动非线性黏弹性模型模拟土的动力非线性,采用J.Lee提出的混凝土动力塑性损伤模型模拟隧道管片混凝土在循环荷载下的非线性特性,利用大型商业有限元软件ABAQUS对南京地区两层双柱岛式地铁车站结构的水平向非线性地震反应特性进行了数值模拟。数值分析表明:地铁车站在侧墙和顶板、中板和底板的连接处发生动应力集中现象,其中尤其是在中板和侧墙的连接部位动应力反应尤为严重;其次是上层中柱顶端和下层中柱底端出现很强的动拉压应力;在中板和中柱的连接部位也出现很强的动应力集中现象。这些计算结果表明,两层双柱岛式地铁车站结构的中柱和中板是地震反应最不利部位,这应引起地铁车站结构设计人员的重视。     

考虑初始静应力状态的土–地下结构非线性静、动力耦合作用研究

 针对已有研究方法的不足,开展土–地铁车站结构静、动力耦合作用理论和计算方法的初步研究,建立土–地下结构静、动力耦合非线性相互作用的物理力学分析模型,在此基础上开展一般场地上双层多跨大型地铁车站结构在静、动力耦合作用下的力学反应及其地震成灾机制研究。研究结果表明：在静、动力耦合作用下,双层多跨大型地铁车站结构构件出现地震震害的先后顺序为：中板与侧墙连接部位处的下表面、中柱顶底端、顶板与侧墙的连接部位下表面、底板侧跨中部上表面、顶板中跨与柱的连接部位上表面;(2) 中柱的顶、底端和侧墙的底部为抗震最不利的部位,当输入地震动强度较小时,这些部位只发生局部受拉或受压破坏,当输入地震动强度增强时,这些部位往往会发生受拉和受压破坏交替出现的严重破坏;(3) 具有脉冲特性的近场地震波更易造成地铁车站结构的动力损伤或地震破坏。     

土–地铁动力相互作用体系侧向变形特征研究

针对现有地下结构抗震分析方法用于地铁大型地下结构的可行性研究明显不足问题,根据中国抗震规范的相关规定设计了常见的3种场地类别,考虑输入地震动特性及其强度,通过84种有限元计算工况,分析了土–地铁地下结构非线性动力相互作用体系的侧向变形特征。结果表明,在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ3个场地类别条件下输入加速度峰值较大时(0.3g和0.4g),或者场地类别为Ⅳ类时即使输入很小地震动峰值加速度时,土与结构相互作用系数均小于1,即大型地铁地下结构侧向土体总是"推着"地下结构产生最大相对变形,此时地铁地下结构周围土层的大变形将对地下结构抗震造成不利的影响。反之,将会出现地铁地下车站结构侧向最大变形大于等代土体单元的侧向变形,即地下结构的动力变形将受到周围土层的约束作用,此时将对地下结构的抗震起到有利作用。同时,也给出了场地类别和输入地震动特性对土–地铁地下结构相互作用系数的影响规律。     

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。     

土–地下结构相互作用的三维弱耦合有效应力分析法

地震波传播至土–结构接触界面时会发生反射与透射现象,结构周围土体处于往复剪应力和正应力差耦合的三维循环剪切状态.采用三维等效剪应变算法和加卸载判据将一维Davidenkov非线性滞回模型与剪切–体积应变耦合的孔压增量模型拓展至三维应力空间.考虑循环加载过程中土骨架循环刚度退化与超静孔隙水压力增长的耦合关系,建立了三维应...     

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。     

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。     

软弱地基浅埋隧洞对场地设计地震动的影响

针对南京地铁建设的实际背景和南京软弱地基的特点,以某典型软弱地基浅埋隧洞为研究对象,对该软弱场地土的动参数进行了室内外试验研究,给出了各类土的剪切模量比G/Gmax和阻尼比与剪应变幅值之间的关系曲线及各土层的剪切波速;λγ同时,采用等效线性化模型描述土的非线性性能,考虑地基土与地下浅埋隧洞动力相互作用的影响,采用二维有限元整体分析法对软弱地基浅埋隧洞开挖引起的场地地震效应的变化进行了数值模拟。计算结果表明与自由场的地震效应相比,浅埋隧洞对所处场地的地震效应有很大的影响,本文初步给出了这种影响的范围和影响的程度,以及开挖浅埋隧洞所引起的场地地震效应的一些变化规律,为确定地铁附近已建或新建建筑的设计地震动参数提供了参考依据;浅埋隧洞开挖对软弱场地设计地震动参数的影响应引起工程界足够的重视。     

异跨框架式地铁地下车站结构抗震性能水平与评价方法研究

针对现有异跨地铁地下车站结构抗震分析方法缺乏合理性能评价指标的问题。考虑土体与结构混凝土的材料非线性和接触非线性,建立了土-异跨地铁车站静动耦合整体时域有限元数值模型,通过在基岩处输入不同强度等级和类型的地震动,研究了异跨地铁车站结构的侧向变形规律与地震损伤特性,揭示了该车站结构的地震损伤破坏演化过程,建立了基于层间位移角与损伤破坏状态的异跨框架式地下车站结构抗震性能水平评价方法与物理特征描述。所建议的抗震性能评价方法能初步应用于异跨框架式地下结构的抗震性能水平分析。