土-上盖一体化地铁车站结构耦合作用下振动台试验研究

为研究上盖一体化地铁车站结构的地震响应规律,以轨道交通地上-地下一体化结构体系和单体地铁车站结构体系为研究对象,开展了粉细砂场地振动台试验研究.分别从加速度和应变两方面对地铁车站结构部分进行地震响应研究,并将两种试验结果进行对比.试验结果表明:1)上盖一体化地铁车站结构振动台试验模型土体和结构相同监测点的加速度峰值随着输入地震强度的增加逐渐增大,而加速度放大系数则逐渐减小,测点加速度沿埋深的变化规律与地震动类型有关;2)上盖一体化地铁车站结构的拉应变幅值随着地震强度的增加呈逐渐增大的趋势,模型中柱端部的拉应变幅值最大,侧墙次之,楼板最小;3)上盖一体化地铁车站结构的加速度和应变均小于单体地铁车站结构,其中,加速度变化规律大致相同,应变幅值差异随着地震强度的增加逐渐增大,而差异增幅呈现逐渐减小并收敛的趋势.     

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。     

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.     

跨线桥爆破塌落体触地震动土层动力响应实测与分析

跨线桥爆破塌落体触地震动后应力波将沿土层传播,可能引起土层自身或土层中埋设的地下结构及设施产生较大变形,其不利作用不容忽视.依托南京城西干道某跨线桥爆破拆除工程,对塌落体触地处埋深14~20 m土层在桥体触地后的动力响应进行实测与分析.测试结果表明:本次触地震动的加速度幅值为0.15~0.42g,主频为2.61~6.69 Hz,触地震动持续时间约为1.85 s,最大竖向总应力增量为29.04 kPa,最大超静孔隙水压力为22.64kPa.当可液化土层埋深较浅或防护不足时,局部土体存在液化风险,可采用废旧轮胎夹钢板缓冲震动以降低触地震动的影响.     

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。     

不同类别场地大型异跨地铁地下车站结构地震反应分析

场地类别对地下结构的地震反应具有重要影响,随着地下结构横截面尺寸及其复杂程度的增加,这一影响将愈发显著.针对现有异跨地铁车站结构的特殊性,以苏州地铁工程建设为背景,通过对不同类别场地土-异跨地铁车站相互作用的120个静动耦合整体有限元数值模型结果进行分析,研究了场地类别和地震动特性对此类复杂截面地下结构地震反应的影响规律.结果表明:随着场地条件变差,车站结构楼板的峰值加速度放大系数近似呈线性减小,结构的层间水平相对位移峰值近似呈线性增大;场地类别对车站结构加速度放大效应的影响随基岩输入地震动强度的增大而逐渐减弱,结构的层间水平相对位移则随基岩输入地震动强度的增大而进一步增强;不同场地类别中的异跨车站结构受拉损伤分布位置大致相同,但随着场地条件的变差,尤其是场地类别从Ⅱ类变化为Ⅲ类时,上层悬挑边跨各构件的地震损伤程度明显加重.     

埋深对地下结构地震液化响应的影响

应用非线性液固两相体动力有限元方法研究饱和可液化土中地下结构在水平地震作用下埋深的响应。分析了地震液化情况下地下结构埋深对于结构上浮、加速度、水平位移以及响应结构内力的影响,讨论了非液化土中地铁地下结构地震响应随埋深的影响。结果表明,埋深的增加可以减少地铁地下结构由于土体液化所导致的结构上浮;同时,虽然地下结构地震作用所导致的内力随着埋深的增加有小幅度的上升,但由于深埋地铁地下结构的强度往往比浅埋的为高,因此在相同水平地震的作用下,浅埋地铁结构可能更加危险。     

地铁车站长距离密贴下穿既有隧道结构的地震响应

为研究长距离密贴下穿地下空间结构的地震响应特征,以某新建地铁车站结构长距离密贴下穿既有隧道结构为对象,基于FLAC3D有限差分软件,建立三维数值计算模型。在输入日本阪神(Kobe)地震波的条件下,分析上部既有隧道结构在有无下穿地铁车站结构时的地震响应。计算结果表明:输入水平方向的地震波,有无地铁车站结构的隧道结构的位移-时程与加速度-时程曲线规律大致相同,均随深度的增加而减小,且变化趋势相似于施加的地震波。隧道顶板与底板的加速度反应时程曲线与基岩输入地震波的形态基本相近,隧道结构顶板的水平加速度峰值大于底板的水平加速度峰值。与单一隧道结构的位移-时程和加速度-时程曲线相比,密贴地铁车站结构对隧道结构的动力响应有减弱效果。下穿地铁车站对上部隧道结构的动力加速度响应有不同程度的减弱效应,且越靠近车站结构减弱幅度越大,下部车站结构的减震耗能现象存在于某一局部范围内。     

砂卵石地层“盆形”冻结温度场扩展规律数值分析

"盆形"冻结技术能有效解决高富水地层大断面地铁车站基坑的地下水问题,冻结工程的可行性和经济性取决于温度场的发展规律,课题以北京典型卵石7地层为依托,通过Ansys软件建立三维模型,模拟北京某地铁车站冻结施工方案,重点分析"盆底"温度场的扩展规律,确定冻土柱的交圈时间及积极冻结期.模拟结果表明:帷幕冻土柱早于底板交圈,75 d后冻结体形成连续封水结构,100 d后底板冻结壁达到设计要求;冻结管管间土体温度下降最慢,控制底板冻结壁发展规模;开挖区域内冻土量较少,但边墙和底板交界处温度小于5℃,建议增大冻结底板埋深、缩小帷幕冻结器尺寸或延迟帷幕冻结开始时间,抑制开挖区内冻土的产生。研究成果为"盆形"冻结方案的工程化应用提供理论依据。     

均质地基地铁车站对临近建筑层间位移角的影响

以软土、中软土和中硬土3种均质地基作为研究基准,采用广义层间位移谱,结合有限元计算模型,考虑场地类型和距车站水平距离两个影响因素,分析地铁车站的存在对临近建筑结构的动力影响.结果表明,在地震动作用下,地铁车站的存在将增加临近地表建筑结构的层间位移角,给结构的安全性和抗震性能带来不利影响;随着距离车站水平距离的增加,地铁车站的影响将逐渐减小.结合本文算例初步认为,在软土场地条件下,地铁车站的影响最为显著;同时给出不同场地条件下,地铁车站所能影响的区域范围以供参考.软土场地中,地铁车站对距离车站2.0倍车站水平宽度范围外的地表建筑的影响仍十分明显,需要妥善考虑;而在硬土场地条件下,当距离车站的水平距离超过1.5倍车站宽度时,车站的影响已可忽略.     

基坑爆破施工对邻近建筑物的动力响应研究

以深圳地铁某车站基坑开挖遇硬岩爆破施工为工程背景,分析了基坑爆破开挖对邻近建筑物的震动加速度及速度响应规律。结果表明:爆破施工引起会引起邻近建筑物的震动,建筑物的最大震动响应出现在炸药爆破过程中,随后逐步衰减致稳定。震动沿建筑物各个方向的响应增长或衰减情况有所差异,震动响应随着程高增加而增大,随着水平X方向距离和水平Y方向距离增加而减小;且水平Y方向响应衰减程度大于水平X方向;该建筑物各个监测点的震动速度均在工程安全规定范围内,在车站基坑爆破过程中处于安全状态。     

硬岩地层地铁暗挖车站施工过程力学分析

地铁暗挖车站因其埋深浅、开挖尺寸大,隧道围岩应力演化剧烈且复杂,塌方事故风险大,隧道支护设计面临极大挑战。为精细化模拟地铁暗挖车站分部开挖及初期支护全过程,以青岛地铁6号线海港路站为对象,建立三维数值模型,结合现场监测数据,研究硬岩地层暗挖大跨隧道施工过程力学特征。结果表明：拱部上导洞开挖造成围岩强度储备显著降低,引起拱顶及地表沉降量占最终值的54%和56%,左、右导洞开挖对应的拱顶围岩应力变化较小,引起拱顶沉降分别占最终值的30%和13%,直墙部等后续施工影响更小,从总体过程来看上导洞开挖对隧道沉降控制最为关键。全部贯通后,拱顶围岩强度储备值（K=3.1）高于其他部位,边墙围岩强度储备值（K=1.1）接近极限状态,从隧道各部位围岩强度储备角度上看,边墙最为关键需支护。总体上,地铁暗挖车站虽跨度大、埋深浅,但由于硬岩地层围岩强度高而几乎没有产生塑性区,锚喷格栅初期支护即可使隧道达到较高的稳定状态。     

基坑爆破施工对邻近建筑物的动力响应

以深圳地铁某车站基坑开挖遇硬岩爆破施工为工程背景,分析了基坑爆破开挖对邻近建筑物的震动加速度及速度响应规律。结果表明:爆破施工引起会引起邻近建筑物的震动,建筑物的最大震动响应出现在炸药爆破过程中,随后逐步衰减致稳定。震动沿建筑物各个方向的响应增长或衰减情况有所差异,震动响应随着程高增加而增大,随着水平X方向距离和水平Y方向距离增加而减小;且水平Y方向响应衰减程度大于水平X方向;该建筑物各个监测点的震动速度均在工程安全规定范围内,在车站基坑爆破过程中处于安全状态。     

列车振动荷载对邻近深基坑的既有站变形影响

通过模拟的轮轨激振荷载 ,分析新建的平行换乘车站深基坑开挖过程中 ,既有车站结构的动力响应 .分析认为 :在换乘站基坑开挖过程中 ,由列车动荷载引起的既有车站结构位移在允许值的 7%范围以内 ;车振荷载主要引起连续墙的竖向振动加速度 ,但基坑开挖后 ,竖向振动加速度变化不大 ,而水平振动加速度幅值有较大增长 .     

汽车行驶震动对浅埋暗挖施工的影响

城市浅埋暗挖法常应用于繁华地带道路下修建人防地下商业街和过街通道等地下工程.这类工程顶板距离地表一般比较浅,道路上汽车行驶震动将对浅埋暗挖施工造成较大的影响.利用ANSYS进行数值模拟定性地分析了行车震动在人防工程水平和竖直方向的传播规律,结合洛阳市纱厂南路浅埋暗挖工程进行震动参数测试,获取了道路下钢筋混凝土结构水平和竖直方向的加速度,研究了行车震动在钢筋混凝土结构中的传播规律以及对浅埋暗挖施工的影响.结果 表明:在水平方向上,从跨中至两侧,加速度值逐渐减小;在竖直方向上,由上至下,加速度值呈线性减小规律;有汽车通过时加速度值是无汽车通过时的1.48～5.33倍,路面汽车行驶对道路下浅埋暗挖土方开挖的不利影响比较明显.     

埋深与围岩质量对隧洞围岩稳定性的影响探究

采用有限元方法,初步研究了隧洞在埋深为33,233,433 m时,在Ⅰ～Ⅴ级围岩的受力、塑性变形和位移变化.研究发现,在同一埋深下,随着围岩破碎程度的增加,围岩的受拉区和塑性变形区逐渐从拱顶、底向边墙转移,并可能在边墙处发生拉应力突增现象,突增幅度随埋深的增加而增大.隧洞的拱顶、边墙和拱底都会产生较大位移;随着埋深的增加和岩体的破碎,拱顶和拱肩的位移会超过其他部位.计算结果和已有的模型试验结果相比较,论证了研究方法和结论的合理性.     

软弱夹层土对软土场地地震效应的影响

本文以来自天津某工程的一场地为原型,对软夹层的埋深和厚度对软土场地地震效应的影响进行了数值分析.为了分析软弱夹层的埋深和厚度对地表地震动参数的影响,分别对原剖面进行了以下处理：软弱夹层的埋深从2 m增加到62 m,构造了16个剖面;软弱夹层的厚度从2 m增加到10 m,构造了5个剖面.选用Taft、ElCentro和Northridge地震记录作为输入地震动,利用程序SHAKE91对不同的构造剖面、不同的输入地震波及不同的峰值加速度水平,进行了场地地震反应分析,结果表明：对于给定的输入地震动和峰值加速度水平,随着软弱夹层埋深的增加,地表加速度峰值和放大系数λ都有减小的趋势,当埋深超过一定值后,地表加速度放大系数小于1.0;软弱夹层厚度对地表加速度峰值的影响与软弱夹层所处位置有关.     

富水地铁车站大管幕隔水工法研究

在分析总结深埋地铁车站现有建设工法优缺点的基础上,提出了一种新型地铁车站大管幕建设工法(SPR).该工法最大的特点是可在深埋富水地层中做到不降水施工地铁车站.结合双层双跨单柱结构站型对SPR工法的基本原理和施工步序做了详细叙述.SPR车站是一种全新的"类骨架结构",是纵向与横向共同受力的复杂组合体系.采用有限元软件建立了地铁车站模型,对SPR工法车站进行了变形和受力分析.结果表明:采用逆作法施工时管幕结构变形量较小;大管幕纵梁内力远小于其极限强度,结构柱和内撑环梁受力相对较大,极值出现在边墙与底拱交接处,经验算SPR工法车站构件均满足结构强度要求.最后,介绍了SPR工法的防水体系,并详细描述了环向和纵向防水做法.     

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.     

地铁高架独柱型车站结构设计探讨

当前,轨道交通高架车站在国内应用日渐增多,而高架车站中的独柱型站在实际工程应用中占有较大的比例,为克服独柱型车站结构设计难点,比如上部结构选型、柱跨选择以及结构计算等,该文对地铁高架独柱型车站结构设计进行分析,结果表明采用小柱跨的建桥合一纯框架上部结构更适合有站厅独柱型高架车站,首层墩与横梁相交处采用 Y 形结构有利于提高车站的整体竖向刚度。