考虑液化场地效应的地下结构侧向变形

针对液化场地侧向变形对地下结构的作用效应,建立土-地下结构体系的简化力学模型。考虑地下结构的非线性变形效应,地下结构弯曲变形效应采用三折线模型。土-地下结构的相互作用采用理想弹塑性模型,由此得出液化场地中地下结构侧向变形的解析解,并通过规范提出的反应位移法对解析解进行验证,证明了解析解的可靠性和有效性。结果表明:当UG较小时,解析解与反应位移法计算得出的结果吻合程度较好;当UG较大时,解析解与反应位移法结果沿深度的变化趋势一致;但解析解大于反应位移法的计算结果。不同上覆土层厚度对地下结构的影响不同,地下结构的弯矩在液化层与非液化层的交界面附近达到最大;并且其位置随着上覆层厚度的增加逐渐下移。     

城市地下管廊结构地震动力响应分析

地震安全问题是城市地下管廊设计中不得不考虑的部分.先使用反应位移法计算地震时管廊结构的内力,得出管廊薄弱部位.接着使用动力时程方法分析管廊的地震响应,建立土体与结构数值模型,在模型底部输入水平地震作用.采用土-结构界面接触单元,重点考虑土与结构之间的相互作用,得出结构与土之间的分离与滑移情况以及管廊在水平地震作用下的位移变形和应力分布.结果发现:地下管廊标准段结构在水平地震作用下发生明显的侧向位移,容易发生弯剪破坏,而水平方向未发生明显位移;管廊结构地震破坏时的薄弱环节在顶板、底板与侧墙的连接部位以及中隔墙的墙端,在抗震设计中需采取加固措施.     

可液化土层的位置对土层-地下结构地震反应的影响

为了研究不同位置的液化土层对地下结构地震反应的影响,采用PL-Fin土体液化本构模型,使用FLAC3D进行了研究,总结了液化土层发生液化大变形时刻液化区分布、孔隙水压力与超静孔隙水压力比变化规律及差异、地下结构的位移及差异沉降规律,并与非液化场地下的地下结构地震反应进行了对比.主要结论有:当结构底部存在液化土层时,引起的结构位移最大,使结构下沉;结构两侧的土体液化会引起结构上浮,并使侧墙水平向向层间位移和顶底板竖向层间位移增加;结构整体位于液化土层中时,土体位移、结构位移和结构层间位移差都不是最大值,仅研究结构整体位于液化土层的规律存在不足;结构周围、两侧、底部、底部45°位置、左右两侧和底部45°位置以及底部和底部45°位置存在液化土层(B+C)位置共计6种工况下结构顶板y向层间位移变化规律基本一致,但车站不同位置存在液化土层,土层液化的反应和对结构的影响存在一定差异;液化大变形发生在孔隙水压力和超孔压比突增后的1~3s后,因此可由孔隙水压力和超孔压比的突变判断是否发生液化大变形.     

成层液化土中单桩-土-结构系统的水平振动分析

根据地震场地液化特征,将土层分为上部液化土层与下部非液化土层,并基于桩-土相互作用的Winkler模型,将桩等效为Rayleigh梁.建立了考虑上部结构的质量、转动惯量、桩身转动惯量和轴力效应的单桩-土-结构系统的控制方程和边界条件,在频率域给出了问题的解析封闭解.通过与相关实验结果的比较,验证模型和解析解的合理性和有效性,分析几何、物理参数等对单桩-土-结构系统位移放大因子、动力放大因子的影响.研究结果表明:桩身轴力使系统的基频更加趋向地震的主频;土壤的液化使得上部结构动力响应更加剧烈,随着土体液化程度的发展,桩的临界载荷将减小,最终导致桩发生失稳破坏.     

一种新的转换层结构楼层侧向刚度控制准则

提出采用有害位移角代替位移角来控制转换层结构侧向刚度。通过大量不同结构布置、不同剪力墙厚度的带转换层的高层建筑结构算例计算分析,将楼层有害位移角比小于等于0.9作为带转换层的高层建筑结构楼层侧向刚度比的控制准则。同时,采用有限元计算模型分析了转换层上下部剪力墙刚度、转换梁刚度、转换层层高等因素对杆系模型的有害位移角计算的影响,得出修正的有害位移角比值法,并提出工程应用建议。     

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.     

转换层结构楼层侧向刚度的有害位移角控制法

提出采用有害位移角来控制带转换层高层建筑结构的侧向刚度.通过对大量不同结构布置、不同剪力墙厚度的带转换层的高层建筑结构的计算分析,将楼层有害位移角比小于等于0.9作为带转换层的高层建筑结构楼层侧向刚度的控制准则.同时,采用有限元计算模型分析了转换层上下部剪力墙刚度、转换梁刚度、转换层层高等因素对杆系模型的有害位移角计算的影响,得出了修正的有害位移角比值法,并提出了工程应用建议.     

地铁车站结构上穿可液化土层地震响应分析

地基液化是导致地下结构在地震中发生严重震害的重要威胁之一。以北京某箱型框架式地铁车站上穿一定厚度的可液化土层为工程背景,基于有限差分软件FLAC3D建立了含有可液化土层的场地土-地下结构相互作用数值模型,分析了场地液化分布特征、周围场地位移沉降及矢量特征、地下结构动力反应及上浮特征等。结果表明,地下结构的存在加大了可液化场地的地层变形,但会显著降低结构上方一定范围内地表土体的地震响应;可液化土层中的孔压发展表现为“起始缓慢增长、最后急速增加至峰值并保持一定时间,最后缓慢消散”的规律,孔压达到峰值的时刻与输入地震动的峰值时刻接近;结构的竖向位移变化表现出“起始少量下沉,然后振荡上升,随后急剧上浮,最后缓慢下降”的发展阶段;液化场地中,地铁车站结构附近的土体部分上浮、部分沉陷是造成地表土体开裂的内因;下部可液化土层对上穿的地下结构的地震响应具有一定的隔震效果。     

确定土层自由场地震动的二维简化模型

为了研究均匀土层自由场地震动的二维简化模型,首先利用弹性波动理论,得到土介质的二维波动方程,采用分离变量法来求解该方程,根据土层上下界面的边界条件确定土层竖向振动的特征频率和振型;根据波沿水平方向向无穷远处传播的衰减特性确定波沿水平方向衰减系数,得到土层自由场自由振动的相对位移的解析解。然后,采用振型叠加法求解强迫振动情况下的波动方程,得出二维情况下均匀土层在地震作用下沿水平方向相对位移的解析解。通过上述计算,得到了土层自由场地震动的二维简化模型。通过具体算例,分别对研究的二维简化模型与一维剪切梁模型进行了比较。比较结果表明,地下土层水平维度对于均匀土层自由场地震动反应的影响很小。     

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.     

地基中结构物动力响应的一维解析方法

提出了一种用于浅埋式地下结构物抗震设计的简化方法。采用任意侧向位移下地震土压力理论 ,推得在土 -结构相对位移较小的情况下 ,结构物所受的土作用力与它们的相对位移近似成线性关系 ,并提出了确定解析解中需要的地基结构动力相互作用系数的方法。在将土体和结构物均简化为只发生水平位移的粘弹性剪切梁及地震输入为竖直向上传播的剪切波等假设条件下提出了一种分析水平地基中结构物在地震荷载作用下的响应的一维解析方法 ,并用该方法对地震时结构物的位移和土压力及其变化过程进行了计算分析     

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。     

深基坑开挖引起邻近地下管线位移的两阶段法

针对深基坑开挖引起的周围地下管线位移,基于两阶段法,首先给出了基坑开挖引起的周围自由土体位移的计算方法,然后结合Winkler弹性地基梁模型,建立了受土体卸载附加变形影响的地下管线竖向和水平方向位移方程,通过有限差分法求解出地下管线位移。将此方法应用于工程实例,其理论计算结果与现场实测数据基本吻合,验证了两阶段法的合理性及适用性。本方法可用于分析管线埋深、管线距离、地基土性质等因素对管线变形的影响。     

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.     

邻近堆载诱发既有隧道受力变形研究

地表堆载会引起邻近土体产生沉降变形,进而会对地下空间中的邻近隧道造成安全威胁。为了获得邻近既有隧道受到地表作用的影响,采用Boussinesq解获得地表堆载对邻近既有隧道的竖向附加应力,将既有隧道简化成搁置Vlasov地基模型的Euler-Bernoulli梁,引入既有隧道侧向土体影响,进一步获得隧道在邻近堆载作用下的变形响应。通过与既有工程案例数据对比分析可知：该方法理论解析与监测数据较为接近,验证了方法的可靠性;与该方法退化解析对比,本文方法更贴近工程实测数据。参数研究表明：隧道与堆载中心间距的增大会引起隧道纵向位移及内力的减小;堆载荷载的增大会引起隧道纵向位移及内力的增大;随着既有隧道刚度的逐渐增大,隧道纵向位移会逐渐减小,但会引起既有隧道内力的增大。     

考虑地表边界效应的静压沉桩挤土位移解析

在沉桩挤土位移求解过程中同时考虑了土体弹塑性本构关系以及地表边界效应的影响.假定桩周土体屈服后服从修正剑桥模型,基于圆孔扩张理论推导了桩体无限长时挤土位移的初始解.在此基础上,引入修正函数来考虑地表边界和沉桩深度对挤土位移的影响;经与文献实测结果比较,验证了修正后沉桩挤土位移解析方法的合理性和可靠性.参数分析表明,沉桩挤土位移随桩径的增加呈非线性增长,随预钻孔孔径的增大呈非线性减小;当超固结比增大时,挤土位移也随之增大,分析认为是由于重超固结土颗粒排列紧密,受到的挤压作用明显所致.     

隧道开挖引起上覆既有隧道受力变形解析解

为了精确且快捷地评估隧道开挖对上覆既有隧道的影响,首先基于Loganathan公式获得隧道开挖引起周围土体竖向自由位移解,然后将上覆既有隧道视为搁置在Vlasov地基模型的欧拉梁,综合考虑隧道两侧土体对既有隧道受力变形的影响,最后采用积分法获得既有隧道纵向变形解析解。案例分析结果表明：该方法计算结果与实测数据接近;与该方法的退化解析对比,该方法更贴近实测数据。进一步参数研究表明：增大地层损失率会引起既有隧道纵向位移和内力呈现线性增加的趋势;既有隧道抗弯刚度的增强会导致其纵向位移的减小,且会造成其内力增强;新旧隧道竖向距离和土体模量的增大会有效地减小既有隧道纵向位移和内力。     

地下结构对场地和地表建筑地震响应影响分析

地铁车站等地下结构的建设,必然会引起场地土层以及临近建筑物的地震动力响应发生变化.为研究此种影响,以某典型地下车站结构为研究对象,引入了土体的非线性本构模型,同时考虑了结构与土接触面特性和地基无限域的影响.计算结果表明:由于地下结构的存在,地表一定范围内的地震动设计参数被显著放大;临近地表建筑的位移响应、框架柱剪力响应也均被显著放大.建议在地铁等地下工程的规划和设计时考虑工程建设后对地表设计地震动的影响.