双跨单柱地铁车站地震响应数值分析

运用有限元软件ANSYS,对某地铁浅埋暗挖段的两层双跨单柱式车站进行地震波加载分析。选取经调整后的天津波、Taft波和El Centro波来输入地铁车站模型进行时程分析,在车站侧墙上分别选取若干观测点计算其响应特性。对比在不同地震波作用下所造成的响应特征,发现侧墙上节点的位移随着高度的增加而增大,而车站底板和侧墙的交界处受到的应力较大,为结构的薄弱部分,在抗震设计时对该部分应引起重视。该研究结果可为地铁车站及其他地下结构的抗震设计提供借鉴。     

深软场地地铁地下车站结构近、远场地震反应数值分析

场地条件和地震动特性对地铁地下车站结构地震反应有重要影响,为了研究深软场地地铁地下车站结构近、远场地震反应特性,以苏州地铁一号线星海站为工程背景,基于苏州地震构造环境,建立深软地基-地铁车站结构二维非线性静动力耦合有限元分析模型,对深软场地地铁地下车站结构在近场中强震和远场强地震作用下的地震反应特性进行了数值模拟分析,得到了2种地震动作用下车站结构加速度、变形、应力反应规律和损伤特性的差异。     

地铁车站抗震性能研究

结合天津地铁1号线下瓦房车站实际工程,使用ANSYS程序建立黏性边界的有限元计算模型,运用模态叠加法对地下结构-土动力相互作用系统进行分析计算,得出了地铁车站框架结构在天津波、人工波(中震)及EI波作用下的地震反应(动内力、动位移).对现行结构设计进行校核,分析了结构抗震的薄弱环节以及地震反应可能对地铁车站造成的破坏.     

不同类型地震波作用下一体化车站结构地震响应分析

为了研究不同类型地震波作用下一体化地铁车站结构地震响应特性,基于ABAQUS软件建立地铁地下车站-土-地上建筑一体化结构大型三维有限元数值模型,利用典型的近、远场地震动记录,计算分析城市轨道交通枢纽一体化结构在不同地震动类型作用下的地震响应规律.结果表明:土-一体化结构体系与自由场地各阶自振频率较为接近,一体化结构的存在对场地土动力特性的影响较小,从工程的角度看可忽略不计;在土-一体化结构体系基频附近能量分布相对集中的地震波能够对一体化地铁车站结构的地震响应产生显著的影响;一体化地铁车站结构具有明显的空间效应,不同区域之间的地震反应差异明显,应该按照空间问题进行一体化地铁车站结构的抗震计算.研究成果对该类结构的抗震设计与分析具有一定的参考意义.     

场地类别对地铁地下车站结构地震反应的影响规律

以南京地铁建设为工程背景,根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)中场地类别的分类方法,保持场地覆盖层厚度不变,通过改变场地等效剪切波速,设计出典型的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类工程场地类别.采用大型有限元分析软件ABAQUS,考虑土体与混凝土的非线性以及土与结构接触非线性,研究地铁车站在规范规定的不同场地类别条件下地下结构的层间位移和位移角反应特征以及结构关键部位的应力反应特征.结果表明:不同场地类别对地铁地下车站结构地震反应的影响规律和影响程度有所不同.总体来看,在较差场地类别条件下,基岩输入峰值加速度峰值对层间位移角幅值的影响程度较大,且对车站结构下层层间位移角幅值的影响更大.在本文所有的输入地震动强度条件下,Ⅱ类场地下地铁车站结构基本处于弹性工作状态,而Ⅳ类场地下地铁车站结构在中小地震发生时层间位移角很容易进入整体弹塑性工作状态.同时,场地类别越差,车站结构整体残余变形越容易发生,造成结构的残动内力也迅速增加.     

地铁地下结构抗震研究现状

回顾历史上地铁地下结构的震害现象,尤其是日本阪神地震大开地铁站的震害.简要归纳目前地下结构抗震研究主要方法,包括静力法、BART法、反应位移法及动力有限元法等.总结地铁地下结构在一致地震动作用下的地震反应研究现状.对地铁地下结构在非一致地震动作用下的地震反应研究、非一致地震动自由波场输入方法及其人工边界研究进行简要描述.概述了地铁地下结构的振动台试验研究现状,包括普通振动台试验、离心机振动台试验和针对非一致激励的振动台试验.对地铁地下结构抗震领域提出进一步研究展望.     

地铁区间隧道三维地震反应分析

针对地铁区间隧道结构,基于粘弹性人工边界单元,利用大型通用有限元ABAQUS软件建立了考虑土-结构动力相互作用的地铁区间隧道的三维有限元计算模型,研究地铁区间隧道衬砌结构和车站结构的地震响应及影响因素.分析区间隧道在不同地震波作用下的地震反应,比较SV及P波方式传播的影响,对比分析区间隧道衬砌结构在不同衬砌厚度、采用不同衬砌材料情况下衬砌结构的地震反应.明确了在地震作用下区间隧道容易遭受破坏的一些薄弱部位,设计时应重视这些薄弱部位的抗震设计,对薄弱部位进行加强.总结了一些区间隧道的地震响应规律,对区间隧道的抗震设计具有参考意义.     

双连拱地铁隧道衬砌结构地震动力响应特征

以西安地铁五号线某区段双连拱隧道工程为背景,建立有限元动力分析模型,选取El-Centro波、西安人工波、Taft波三种代表性波源,分析了SV波作用下地铁双连拱隧道衬砌结构的加速度、动应力、结构变形等动力响应特征,研究结果表明：中隔墙顶部及底部等存在明显拐角的位置应力变化明显高于其他部位,是双连拱隧道的高风险点,隧道抗震设计中应重点关注;地震结束后隧道结构即使未发生破坏,由于所处应力状态的改变,其安全性可能已经降低;隧道变形整体表现为上部结构相对于隧道底板随地震作用产生水平偏移运动,而其幅值受到地震波的峰值加速度、时程曲线分布形式等方面因素影响。     

归一化时-频反应谱与结构损伤曲线的应用

为了研究归一化时-频反应谱和结构损伤曲线在抗震设计中的应用价值,对某十层RC框架结构采用地震动特性截然不同的唐山地震天津波SN方向和集集地震波SN方向进行弹塑性时程分析,对比了2种工况下结构损伤曲线在地震波归一化时-频反应谱上的表现.结果表明,结构的最大地震反应并不一定造成结构最大破坏,而随后很小的反应也可能最终导致结构倒塌,选用不合理的地震记录进行抗震设计是不可靠的,故传统的反应谱理论存在一定的局限性.结构损伤曲线通过自振周期的变化可以反映结构的塑性发展,与同时具备地震动三要素(振幅、频谱和持时特性)的归一化时-频反应谱相结合,可有效预测结构的损伤机制,从而为大震下结构的抗倒塌设计提供参考依据.     

城市地铁车站地下结构地震反应

针对地震作用下地铁结构动力学响应的安全问题,基于弹性地基梁理论,利用大型通用有限元计算软件ADINA建立了三层岛式地铁车站结构有限元计算模型,研究地铁的多遇地震与罕遇地震的动力学响应的影响因素,对车站进行了静力分析、谱反应分析以及动力时程分析,总结了地铁结构的地震响应规律.分析结果表明:多遇地震作用下,随着高度的增加地铁车站结构的层间位移随之增大,梁柱连接处的应力较大,楼板跨中节点的应力最小;罕遇地震作用下地铁结构变化有着相似的趋势,但是罕遇地震的位移要远大于多遇地震下的水平位移.     

地下结构抗震设计方法整体强制反应位移法

基于地震作用下地下结构主要受周围土层变形控制这一基本思想,在地下结构抗震设计方法强制反应位移法的基础上,探讨了一种新的抗震设计方法——整体强制反应位移法.新方法将土层变形施加到计算模型的整个土层有限元上以模拟地震作用,避免了原方法所施加土层变形传递到远离模型边界位置会发生衰减的现象.结合上海市某地铁车站的计算实例,详细介绍了该方法的具体实施步骤、基本特点.同时以动力时程法为基准,分析了该方法在不同地震动强度下的计算效果.研究表明,整体强制反应位移法的计算结果与动力时程法符合较好,设计理念体现了地下结构的震害机制,是一种方便有效的抗震设计方法.     

上盖框架建筑的大底盘地铁车站结构抗震计算的振型分解法-反应加速度法

为得到上盖框架建筑时大底盘地铁车站结构的实用抗震设计方法,基于系列土-地铁车站及其上盖框架结构体系动力相互作用数值模拟试验,揭示了上盖框架结构对大底盘地铁车站结构地震响应的影响规律,再在借鉴地下结构抗震计算传统反应加速度法的基础上,提出一种适用于地上、地下一体化结构体系中的地下结构抗震分析的振型分解法-反应加速度法。首先,从理论上验证了振型分解法-反应加速度法的可行性,并详细介绍了该方法的力学模型和实施步骤;其次,以北京某核心区地铁车站与上盖高层建筑一体化工程为背景,对比时程法和传统反应加速度法的计算结果,分析了峰值加速度、结构刚度、土层刚度、上盖结构高度、地震波类型等影响因素下振型分解法-反应加速度法的计算效果。结果表明,提出的振型分解法-反应加速度法是一个操作简便、精度较高且计算结果偏于安全的简化分析方法,可在类似工程的抗震计算中应用。     

软土地铁车站结构形式对抗震性能影响的研究

为研究地铁车站结构的地震反应特性,结合上海某地铁车站的抗震性能分析,采用有限差分程序FLAC对车站的几种结构形式进行了数值模拟.研究结果表明:保持地铁车站截面的对称性对结构的抗震有利;当结构截面不能保持对称时,在截面形式突变的位置设置沉降缝,能够提高结构的抗震性能;车站与周边开发部位连接处侧墙的开孔尺寸对开孔处柱子及开孔下方车站连续墙内力影响显著.     

远场地震动作用下地铁车站结构动力响应分析

基于ABAQUS有限元软件,针对深软场地条件,建立了土-结构动力相互作用模型。利用Python二次开发程序实现了黏弹性边界的自动施加。考虑远场大震波及人工波的不同频谱特性,对典型两层三跨地铁车站结构动力响应进行了研究。结果表明:车站结构动力响应受输入地震动的峰值加速度及频谱特性影响明显,结构在不同地震波作用下关键部位的内力及位移变化趋势一致。大震远场波作用下和人工波作用下的车站相对位移曲线形状有差异。对于典型的框架式地下车站而言,中柱的内力反应最大,为最不利受力构件,设计时应重点考虑。深软场地对地震波具有低频放大、高频滤波的效果,远场大震波中的低频含量丰富;与人工波作用相比,车站关键位置地震动峰值加速度(PGA)增大明显。     

钢管混凝土框架结构模型抗震试验研究

对一圆钢管混凝土框架结构模型进行模拟地震振动台试验研究.试验时输入El-Centro（N-S）波、武汉人工波及天津波3种地震波,分为6度、7度区基本烈度地震的两阶段试验,考察了模型在各阶段试验的不同地震波作用下的地震响应,并分析得到了结构的层间滞回曲线.试验结果表明：3种不同频谱特性的地震波对模型结构加速度和位移反应分布曲线形状的影响很小;且通过加速度功率谱分析得到,框架各层绝对加速度反应主要取决于前两阶振型,三阶以上的高阶振型的影响很小;整个试验过程中,模型结构始终处于弹性范围内,此类结构延性好,具有较好的抗震性能.     

黄土地区地上两层地铁车站抗震性能振动台试验

为研究黄土地区地下一层地上两层地铁车站结构的抗震性能,进行包括地上、地下结构及周围土层的振动台试验研究.在简要介绍模型设计和试验工况的基础上,重点根据试验中各传感器所记录的数据,对模型土箱的边界效应、模型地基与模型结构的动力反应、土与结构的相互作用等进行分析探讨.试验结果表明:地下一层地上两层地铁车站模型结构地上部分受输入地震动峰值加速度影响较大,地上部分的最终破坏模式是整体侧向倒塌;车站模型结构地下部分受地下结构周围土层影响较大,土层位移不大时地下结构无明显破坏;地上地下结构交接处的破坏最为严重.模型车站结构的存在对土体动力反应的影响较小,并随输入地震动峰值的增大而减弱.     

双层预应力大跨度地铁车站结构震害模拟与分析

以箱型双层预应力大跨度地铁车站开发为研究背景,采用动塑性混凝土损伤本构模型,用拉压损伤因子描述混凝土在循环荷载下的非线性与疲劳性能,综合考虑了震前土-结构自重应力、钢筋混凝土预应力和地铁车站结构的阻尼效应,对土-地铁结构相互作用系统地进行了地震过程的非线性数值模拟.分析了震害发生时大跨度预应力地铁车站结构的破坏过程、破坏形式和抗震薄弱位置.结果表明:地铁车站侧墙底部外侧首先产生裂缝,之后顶板中板在与侧墙连接处、跨中底部等位置出现裂缝,并迅速开展,部分位置甚至形成贯通裂缝;其中靠近底板位置处的侧墙外侧易产生竖向拉压破坏,顶板和中板的跨中及板在与侧墙连接处易产生水平向拉压破坏;侧墙与顶板底板连接处交替出现剪应力集中.靠近底板处的侧墙外侧与顶板在与侧墙连接处上侧位置破坏时间早,因而是影响框架安全的关键部位.     

多层地铁车站结构性能试验研究

为掌握地震作用下多层地铁车站结构从材料、局部构件到整体结构的非线性破坏状态,以上海市某多层地铁车站工程为背景,开展了1:10大型静力推覆(Pushover)试验。结合地下结构地震响应特征,采用倒三角分布的侧向位移推覆加载模式,并由多个作动器实现多点协调加载。分析研究了多层地铁车站结构的裂缝开展过程、结构及构件破坏形态、塑性铰开展顺序、Pushover曲线,并总结了结构整体和中柱的破坏模式,给出车站结构重要性能点数值,综合评价了多层地铁车站结构的抗震性能及特点,可为基于性能的抗震设计提供依据。     

基于时程分析法的大跨度海底隧道地震响应研究

以某海底隧道实际工程为背景，采用地下结构地震时程分析方法，基于有限元软件建立了海水-土体-隧道结构相互作用的数值计算模型，开展了复杂地质条件下大跨度海底隧道地震动力响应研究，重点分析了不同加速度峰值地震波作用下海底隧道的位移、变形、加速度和结构内力等响应参数的变化规律。分析结果表明：地震作用下该海底隧道主要发生整体位移，结构变形较小；地震作用对隧道结构侧墙和中隔墙处的弯矩和剪力有明显增大作用，所以在前期设计中时应适当考虑地震动力作用，局部增设抗震措施；随着地震波峰值加速度的增大，海底隧道结构的位移、变形、加速度、内力等动力响应也越大。研究成果可以为大跨度海底隧道工程抗震安全性研究提供参考。     

天津站交通枢纽-桩-土地震反应分析

为摸清大型复杂工程结构的地震反应规律及抗震性能,针对天津站交通枢纽工程,选取包括地上和地下结构的标段,应用大型通用有限元分析软件ANSYS,将桩土区域等效连续化成桩土合一的复合材料,建立了结构-桩-土相互作用的天津站交通枢纽工程的三维有限元模型,并采用非线性动力时程分析方法进行计算.结果表明,天津波作用下交通枢纽地震反应最大,并且各层加速度反应沿地下结构长度方向分布均匀,位移反应小于规范限值,说明天津站交通枢纽工程整体性好,具有良好的抗震性能.