考虑地震动空间非一致性的地铁车站结构振动台试验研究EI北大核心CSCD

长度超过百米的地下结构受到地震动空间变异性的影响较大,为深入了解粉质黏土地基条件下地铁车站在非一致地震动激励下的动力反应规律,设计并完成了粉质黏土地基条件下非一致地震动激励下地铁车站模型的振动台试验。为模拟粉质黏土地基设计制作了刚性土箱,对模型材料配合比以及钢筋配筋设计等进行了分析研究,根据动力相似理论,开展了纵向非一致地震动激励下地铁车站结构模型的振动台试验,通过对实测加速度、土压力以及构件应力等试验结果的分析,得出地铁车站结构在地震波先后到达不同横截面的动力反应差异、同一横截面各构件的动力反应差异以及地铁车站结构与土体的动力反应差异,得到纵向非一致地震动激励下地铁车站结构的动力反应规律。     

考虑地震动空间非一致性的地铁车站结构振动台试验研究

长度超过百米的地下结构受到地震动空间变异性的影响较大,为深入了解粉质黏土地基条件下地铁车站在非一致地震动激励下的动力反应规律,设计并完成了粉质黏土地基条件下非一致地震动激励下地铁车站模型的振动台试验。为模拟粉质黏土地基设计制作了刚性土箱,对模型材料配合比以及钢筋配筋设计等进行了分析研究,根据动力相似理论,开展了纵向非一致地震动激励下地铁车站结构模型的振动台试验,通过对实测加速度、土压力以及构件应力等试验结果的分析,得出地铁车站结构在地震波先后到达不同横截面的动力反应差异、同一横截面各构件的动力反应差异以及地铁车站结构与土体的动力反应差异,得到纵向非一致地震动激励下地铁车站结构的动力反应规律。     

场地均质性对浅埋地铁车站地下结构地震易损性的影响

场地条件是影响地下结构地震响应的关键因素之一,该文旨在研究场地均质性对于地铁车站地下结构地震易损性的影响。以两层两跨地铁车站为研究对象,基于ABAQUS/Standard软件平台建立了考虑土-结构相互作用的二维有限元分析模型。模型考虑了循环动力荷载作用下土体的非线性与钢筋混凝土的弹塑性力学行为。采用增量动力分析方法分别计算了结构在层层场地条件下与均质场地条件下结构的地震响应,并以层间位移角为损伤指标与地面峰值加速度为地震动强度指标绘制了地铁车站结构的地震易损性曲线。结果表明,层层场地条件下结构的响应均值要显著高于均质场地,但两者标准差一致。在地震动作用下,结构处于层层场地下的破坏概率要明显高于均质场地,这主要归因于层层场地中毗邻结构的土体产生了较大的剪切变形。上述结论可为地下结构基于性能的抗震设计提供科学参考。     

空间变化地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震分析

为了研究空间变化地震作用下钢管混凝土拱桥的抗震性能,以一座钢管混凝土拱桥的实际工程为例,采用虚拟激励法对此拱桥在空间变化地震作用下的抗震性能进行了系统的理论分析。提出了考虑非一致土层分布条件下的空间三维地震动的合成方法,在综合考虑地震动的多维性、不相干效应、行波效应,特别是一致和非一致土层分布条件下局部场地效应的基础上,对钢管混凝土拱桥进行了多维多点随机振动分析。研究结果表明:场地效应会对结构产生显著的影响,软土场地会导致结构产生较大的响应,同时非一致的土层分布也会对结构响应产生不可忽略的影响;地震动的多维性,特别是竖向地震激励会对拱桥结构响应产生较大影响;在抗震分析中应考虑这些因素的影响,以免错误的估计结构的响应。     

地下空间结构对邻近地上结构地震反应影响振动台实验

大型地下空间结构影响地震波的传播使邻近地震动场发生变化.为研究地上结构地震响应受地下空间结构的影响程度,设计并开展了地下结构-土-地上结构体系(SSSI)和土-地上结构体系(SSI)振动台模型实验,对比研究了在6条不同卓越频率输入地震波下地上结构地震反应的变化规律.实验研究结果表明:地下空间结构影响邻近场地的动力特性,...     

十字交叉型地铁车站结构的振动台试验研究

随着近些年地下轨道交通的发展,十字交叉型地铁车站广泛的应用在实际工程中,了解并提高此类地铁车站的抗震性能具有重要意义。首次利用振动台试验的方法探究此类地铁车站结构,揭示了地震动在场地中的传播特性以及十字交叉型车站结构的地震响应特性,尤其是车站交叉换乘连接段对车站整体结构的抗震性能的影响。结果表明:地震波的传播受到场地特性影响明显,尤其是与场地卓越频率相近的部分,响应频谱被明显放大;随着地震动增强,场地的放大效应会有所减弱,但是场地的加速度响应放大谱的分布更加丰富,在拓宽场地响应频谱范围的同时也提高了地铁车站的地震风险。与此同时,在不同工况条件下车站结构模型的交叉换乘段对车站整体结构的影响基本在1.5倍的结构宽度以内,当距离超过该范围后,结构模型不再受其影响。与单体车站相比,此类车站交叉换乘连接段的底层结构更不利于抗震。上述结论可为了解并提高此类地铁车站的地震响应特性以及后续的抗震设计提供了有力支持。     

软土层场地复杂地铁地下车站结构地震反应分析

软土层对地下结构的地震反应具有重要影响,以往已对软土地基中规则矩形地铁地下车站结构的地震反应进行过研究,其规律对于复杂截面地下结构是否适用还需要进一步探讨。通过考虑车站结构侧向、底部分别存在不同埋深、不同厚度软土层时的27种软土层场地,对上层五跨、下层三跨的新型复杂大型地铁地下车站结构地震反应进行分析,揭示了此类异跨地铁车站结构的地震反应特征,初步给出了软土层埋深、厚度变化对此类车站结构加速度反应、侧向位移反应和地震破坏特征的影响规律。结果表明:异跨车站结构两侧或下方一定范围内存在软土层或将减小结构的加速度反应,而当底板以下20 m深处存在软土层时结构顶板的加速度反应则被大幅放大,约为7.88%～12.72%;异跨车站结构侧向位移沿高度的变化曲线具有明显的"阶梯效应";软土层位于结构侧向时对结构抗震不利,并且当软土层位于下层侧方时结构的动力反应较大,而当软土层位于结构底板下方时能够起到一定的隔震作用。     

地震波反演与地下结构的动力响应分析

为获取软土场地的基岩地震波时程,该文利用波动法和等效线性化技术,通过自编地震波反演程序,以上海某软土场地为例,反演求得了六条基岩处的地震波时程,并进行了精度验证。在此基础上,以某地铁车站结构为工程背景,采用ANSYS程序建立土-结构相互作用体系分析模型,选取El-Centro地震波的反演基岩波作为输入,对软土场地中的地下结构进行了动力响应分析。结果表明:该文的软土场地地震波反演计算可获得较高精度的基岩地震波时程;对于不同类型的地震波,地面地震波峰值与基岩地震波峰值的比值有较大差异;与地上结构相比,地下结构虽然其水平位移反应值较大,但结构顶板与底板之间的水平向相对位移并不大。     

一种考虑局部场地收敛性的多点地震动合成方法

提出一种符合实际地震动传播特点的多点地震动合成方法。目前的非平稳空间相关多点地震动合成方法在局部场地上不具备收敛性，与实际的地震波传播机制相矛盾。通过修正随机相位角，使生成的多点地震动在局部场地上具备收敛性，给出了未知和已知相位差谱统计规律两种情况下非平稳多点地震动的合成方法，进一步提出了基于实际地震记录的空间相关多点地震动合成方法。采用本文方法进行了基于美国Northridge地震和我国集集地震的多点地震动模拟研究，结果表明方法具有良好的局部收敛性，可用于大尺度结构的多点输入分析。     

地裂缝场地地铁车站振动台试验和数值模拟研究EI北大核心CSCD

地裂缝场地动力效应和上、下盘错动严重影响地下结构的安全。以处于地裂缝环境的西安康复路地铁车站为研究对象,开展了水平和竖向地震共同作用下地裂缝场地地铁车站振动台试验,分析了模型土与车站的加速度反应规律及模型车站应变分布特征。同时,采用有限元软件ABAQUS建立有无地裂缝场地条件下车站的三维数值模型,研究了2类场地条件下地铁车站层间位移角和地震损伤分布规律。结果表明:水平和竖向地震共同作用时,地裂缝场地上、下盘动力差异响应和车站加速度反应较单向水平地震作用时明显增大。相较于无地裂缝场地车站,地裂缝场地车站的层间位移角明显增大,其构件损伤发展更加剧烈。这是由于地裂缝场地土与车站之间易出现脱空区,造成车站振动反应增强;同时,竖向地震引起的地裂缝场地上下盘错动会产生对车站附加的剪切作用,使其中柱更易发生严重损伤而导致结构整体破坏。     

地震作用下地下商业街结构动力反应的影响因素分析

为研究在不同类型的地震波作用下软土场地中地下商业街结构的地震反应及其影响因素,该文以上海软土场地中某单层地下商业街结构为背景,采用ANSYS软件建立场地土与地下商业街结构相互作用体系的三维有限元分析模型,通过引入三维等效粘弹性人工边界单元,以不同类型的地震波作为输入,对地下商业街结构地震反应的影响因素进行了分析,探讨了地下商业街结构埋深、土体刚度和输入地震波选取对结构地震反应的影响。该文的算例结果表明:地下商业街结构地震反应存在最不利埋深;土体刚度对地下商业街结构地震反应值的影响明显;长周期地震波作用下地下商业街结构的地震反应值明显大于普通地震波作用的结果。     

可液化场地中复杂异跨地铁地下车站结构的地震反应分析

地基液化是导致地铁地下车站结构在地震中发生严重破坏的重要威胁之一,然而目前对可液化场地中地铁地下车站结构地震反应的研究较少,尤其是针对大型复杂异跨地铁地下车站结构地震反应的研究更是少见。通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服土体网格大变形的畸变问题,建立了可液化场地土一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,分析了该相互作用体系的场地液化分布特征、异跨车站结构上浮特征、周围场地位移沉降及矢量特征、结构侧向变形和地震损伤破坏特征等,初步揭示了该相互作用体系的地震反应规律及液化地基中大型异跨地下结构的地震破坏特征,研究成果可为提高可液化场地中异跨地铁车站结构地震反应的认识及完善其抗震设计方法提供合理的参考。     

基于静力推覆分析的穿越地裂缝浅埋地铁车站地震破坏模式研究

以处于西安f₄地裂缝场地的浅埋地铁车站为研究对象,通过开展振动台试验,探讨了地裂缝场地和结构的震害特征。同时,考虑场地地震响应的非一致性,采用静力推覆分析方法,分析了穿越地裂缝浅埋地铁车站的地震破坏模式。结果表明：针对地裂缝场地地下结构的Pushover分析方法能够较真实地反应地震作用下地裂缝场地的活动特征和地下结构的破坏特点。在水平地震作用下,趋于稳定状态的地裂缝上、下盘土体主要进行张合活动(相互挤压与分离)。其中,相互挤压会对结构中柱施加明显附加压弯作用。地裂缝场地土体的水平剪切变形是结构破坏的主要外在因素,而地裂缝活动造成的附加压弯作用会进一步增大中柱轴压比,降低中柱的变形能力,加速结构的地震破坏。在地裂缝场地特征变形作用下,结构底层中柱水平剪切变形能力相对较弱,且结构剪力表现出明显的空间分布规律,上盘结构底层中柱是结构的抗震关键构件。研究结果对该类结构的抗震设计具有重要参考价值。     

斜入射SV波对地铁车站地震响应的影响

在显式有限元法结合黏弹性人工边界的时域波动方法的基础上,建立了三维平面SV波斜入射的输入方法。半空间算例说明了该文方法具有较好的精度,并基于所建立的斜入射方法研究了地震波斜入射对北宫门地铁车站地震响应的影响。该算例结果表明:在地震波斜入射情况下,地铁车站的地震响应规律与垂直入射时的情况具有明显差异;斜入射角度对水平加速度响应并不敏感,但对竖向加速度影响较大;斜入射使得车站柱子构件的剪力和轴力明显改变,柱子轴力随着入射角增加而明显增大;边墙控制点的应力状态也受入射角的影响较大,各控制点的第一、第三主应力都出现了随着入射角度增加而增大的规律。在地铁车站等地下结构抗震研究中,应考虑地震波斜入射的影响。     

饱和砂土场地中地铁车站结构地震易损性分析

为进一步研究饱和砂土场地中地铁车站结构地震易损性问题,以某单层双跨地铁车站为研究对象,综合考虑场地类别、地震动不确定性的影响,采用u-p格式饱和两相介质有效应力动力求解方法,建立饱和砂土场地-地铁车站结构体系耦合动力非线性分析数值模型,选取最大层间位移角为结构损伤指标,基于增量动力分析IDA法获得结构在地震作用下动力响应数据,进而构建地铁车站结构的地震易损性曲线,并求得结构在各级地震动作用下的不同破坏状态超越概率。分析结果表明:当PGA0.7 g时,饱和砂土场地中地铁车站结构以发生中等损伤和轻微损伤为主;当PGA≥0.7 g时,结构以严重损伤为主,并且向坍塌发展。此饱和砂土场地中地铁车站结构地震易损性分析流程方法,可为地铁车站抗震设计和减灾预测评估提供参考。     

非一致激励对三塔自锚式悬索桥地震响应的影响

作为一种新型的桥梁结构形式,三塔自锚式悬索桥的静动力性能较传统双塔自锚式悬索桥更为复杂。由于其跨越能力较大,抗震分析中地震动空间效应通常不能忽略。以某三塔自锚式悬索桥为工程背景,根据实际场地条件拟合得到空间多点地震动时程,基于时程分析法研究了波传播效应、局部场地效应、失相干效应等地震动空间效应对三塔自锚式悬索桥地震响应的影响规律。研究结果表明:非一致激励会使得主塔内力增大、主塔索鞍抗滑安全系数下降、主塔纵向加速度和变形增大、主梁内力增大。因此,对于三塔自锚式悬索桥地震响应分析时应考虑多点非一致激励的影响。进一步研究表明,非一致激励对于各构件响应的影响程度不尽相同;即使对于同一构件,不同地震动空间效应的影响规律也相差较大。综上所述,非一致激励的影响规律十分复杂,需要后续更深入地探讨非一致激励对多塔悬索桥地震响应的影响机理。     

坡形场地对海底地震动的影响

为了填补地形对海底地震动影响认识上的空白,本文通过数值模拟,分析了海底常见坡形场地的地震动特性。结合自编地震波动程序与有限元动力分析软件ADINA,建立不同坡度海底场地模型,分析了地形、入射角度等对海底场地响应的影响。通过比较不同坡度模型的场地响应与响应谱特征,确定地形对海底地震动的影响。结果表明：P波入射时,坡形场地对海底地震动的场地放大效应与场地坡度有关,且场地放大效应随着场地坡度的增大而增强,与陆上坡形场地地震响应规律区别较大。SV波入射时,坡形场地对海底场地地震响应无明显影响。     

含破碎带层状场地和均匀场地地震响应比较研究

采用有限元方法在时域内研究了含破碎带层状场地的地震响应,比较分析了含破碎带层状场地和等效均匀场地对地震响应影响的差别,以及破碎带宽度、刚度和倾角等因素对地震响应的影响。研究表明,与等效后的均匀场地相比,层状场地加速度反应谱卓越周期短、对地震动的放大作用大,当场地中存在破碎带时,层状场地中破碎带对地震波的散射效应更强,其竖向加速度的最大峰值显著大于等效均匀场地。断层破碎带宽度、刚度、倾角对地震动的影响规律与等效均匀场地基本一致,不同的是:层状场地地表加速度峰值均大于等效均匀场地;层状场地加速度反应谱的第一峰值与等效均匀场地相近,第二峰值大于等效均匀场地,其值受破碎带宽度和倾角的影响较大。     

地表建筑对地下车站结构地震响应的影响

由于在地震中邻近地表建筑对地基周围场地的扰动,必然会对周围的地下结构动力响应产生影响。本文构建了地表建筑-土-地下车站结构共同作用计算模型。在该计算模型中引入了土体的非线性本构模型,同时考虑了结构与土的接触面特性和地基无限域的影响,对该体系进行了地震反应的时域分析。计算结果表明：由于地表邻近建筑物的存在,地下结构的位移、内力等地震响应均有较大的增加。同时也研究了地表建筑的自振周期和相对距离等因素的变化对地下结构动力响应的影响,得到了一些规律性的结论,为工程设计提供有益参考。     

隧道纵向地震反应分析的反应位移法对比

针对地下隧道结构纵向地震反应问题,《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909—2014)采用了纵向反应位移法,在一定程度上考虑了地震动作用下土体与地下结构的相互作用。而纵向整体式反应位移法,是一种可用于非一致地震动输入时隧道等长线型地下结构抗震分析的实用方法。以北京某地铁区间盾构隧道结构为研究对象,采用规范方法和纵向整体式反应位移法完成了出平面剪切波斜入射下隧道结构纵向地震反应计算,并与动力时程法的计算结果进行对比。结果表明,规范方法计算模型中离散的地基弹簧无法反映地基土体之间的相互作用、可能导致内力(主要是剪力)计算出现较大的误差;假定沿隧道纵向土层位移分布为正弦波式的规范方法由于正弦波型与实际情况不符,导致内力计算结果与动力时程结果相差过大;而以自由场位移时程作为等效地震作用的规范方法计算得到的最大弯矩具有良好的计算精度,但最大剪力与动力时程方法相差较大,同时这一方法需完成所有时间步的静力计算才能获得结构最不利地震反应,影响了计算效率。而纵向整体式反应位移法可以有效模拟地震作用下地基土对结构的约束作用、简便的判断结构最不利地震反应时刻,具有良好的计算精度、较高的计算效率,能够反映地震波作用下非一致地震动输入对隧道纵向地震反应的影响。