地铁车站站台柱抗爆性能及其优化设计

地铁车站的整体抗爆安全性能与其站台柱抗爆能力的大小密切相关.为此,从截面选择、轴压比的确定、箍筋形式及配筋率等方面对站台柱的抗爆性能进行了系统研究,并提出优化设计方法.研究结果表明:在对地铁车站站台柱进行抗爆设计时,截面形状宜采用圆形;增大箍筋直径或提高纵筋配筋率都不能显著提高钢筋混凝土柱抗爆性能,减小箍筋间距对提高柱子的抗爆能力具有明显的效果;针对圆柱提出改善其抗爆性能的箍筋配置方法;提出了站台柱合理安全防护距离的概念,并针对典型地铁车站给出建议值.     

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.     

耗能梁段腹板开孔对偏心支撑钢框架抗震性能影响

为研究耗能梁段腹板开孔对K型偏心支撑钢框架抗震性能的影响,进行了一个1∶2缩尺单层单跨试件的拟静力加载实验,并采用ABAQUS软件对其结果进行数值模拟.在验证其结果准确的基础上,分别以开孔率、孔间竖向距离、孔间横向距离为参数建立了3组有限元模型,系统分析了不同开孔参数对模型抗震性能的影响.结果表明:在腹板厚度不变的情况下,任何形式的开孔虽然会使结构的延性上升,但是会导致承载能力和初始刚度的下降;开孔率和孔间横向间距是影响耗能梁段转动能力的重要因素.     

无缝换乘地铁车站的地震响应特性研究

为探究无缝换乘地铁车站的地震响应特性,提高对此类车站结构抗震性能的认识,首先开展此类车站结构缩尺模型的振动台试验.试验方案设计包括试验模型的制备、试验测点的布设与采集、试验加载工况设计;随后对模型试验过程进行三维有限元数值模拟.通过对比数值模拟与实测结果,分析模型土的加速度响应规律、结构模型的应变和内力响应规律以及侧墙上的土压力响应规律.结果表明:数值结果与实测结果吻合较好,验证了本文建模方法的合理性;对于无缝换乘地铁车站结构模型,车站交叉端部对车站结构构件的变形、内力以及周围土层影响明显,而当与车站交叉端部的距离超过1.5倍的车站结构宽度以后,影响基本消失.上述结论可为复杂地铁车站地震分析的三维计算方法以及此类型车站结构的抗震设计提供有力支持.     

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.     

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。     

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.     

地铁车站轨排井结构加强措施及布置方案分析

为改进地铁车站轨排井结构的设计,提高预留轨排井车站的受力性能,研究不同加强措施对地铁车站轨排井结构的影响,通过有限元模拟,进行了2种结构模型的对比,以及不同结构布置方案下轨排井车站的受力分析。结果表明:增设壁柱主要改变了结构侧墙的内力分布;双排桩围护对车站结构的侧向变形和顶纵梁范围内弯矩的减小有明显作用;拱形结构方案相对于传统的车站结构形式可使轨排井结构的受力更加均匀。     

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.     

受压弯剪型开孔芯材屈曲约束支撑试验

提出一种芯材开孔的新型全钢屈曲约束支撑,简称为PBRB.该支撑由开孔平板芯材,填充板及盖板通过螺栓连接而成.通过3根芯材具有不同开孔形式的PBRB试件的拟静力试验和相关数值分析,重点考察了芯材开孔形式对PBRB抗震性能的影响.研究结果表明:PBRB具有滞回性能稳定、延性高及累积耗能能力优良等特点;开孔芯材受压变形为压缩、剪切与弯曲组合的机制;开孔芯材"短柱"的长细比是影响PBRB性能的关键参数,芯材"短柱"长细比过大会造成PBRB滞回性能相对较差,基于试验结果给出了偏保守的设计长细比限制;同时提出了PBRB初始刚度的计算方法,评估精度良好.     

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。     

近距离交叉穿越地铁区间隧道地震响应影响研究

随着城市化进程的加速及城市地下空间的开发，地铁建设呈网络化，线路间相互交叉工况逐渐增多．为了对近距离交叉穿越地铁区间隧道的抗震设计提供参考，利用有限元软件ABAQUS，并采用时程分析法进行计算分析；对交叉穿越地铁隧道在不同距离下的地震响应进行了研究．结果表明:当上下正交隧道的净距<0.5倍隧道直径时，下部隧道对上部隧道地震响应的影响增大，在地铁抗震设计中应对上下正交隧道的距离进行考虑．      

地铁隧道电子雷管爆破降振技术及爆破参数优化研究

文章以北京地铁隧道16号线施工为工程背景,采用电子雷管爆破技术,研究了不同炮孔布置方式及隧道上方土体较厚时爆破振动波的传播规律。研究结果表明：采用三排掏槽孔爆破可以有效的降低爆破振动,并提高单次进尺;隧道埋深较大时,爆破主频较低,信号内小于20Hz的低频能量比例较大。采用电子雷管微差爆破很难提高爆破远区的振动主频,因此必须减小爆破药量和单次进尺以控制振动强度;距隧道掌子面25—30m范围内有建筑物时,必须采用小爆破进尺,单孔装药量最大不超过1.2kg;当建筑物在30m以外时,可以适当增加爆破进尺,以保证隧道的高效和安全施工。研究成果可为类似工程提供有益的参考。     

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。     

不同通风模式下地铁车站内列车火灾的数值模拟

发生火灾时为乘客营造安全的撤离路径是地铁车站环控系统的重要任务.针对地铁车站环境控制系统设计中常用的两种紧急通风模式,使用计算流体力学(CFD)的方法,采用重正化群(RNG)k-ε双方程湍流模型,分别对地铁车站内列车头部、中部和尾部3个不同火源位置的列车火灾进行了三维数值模拟,得到了不同通风模式下的烟气浓度分布.通过分析和比较,认为在列车头部发生火灾时,仅依靠事故风机难以提供足够的能见度,应同时打开站台下排风系统和车行顶道排风系统辅助排烟,其效果在列车中部火灾模拟中得到了验证.列车尾部发生火灾时,推挽式通风模式的效果稍好于全排风通风模式,但也不够理想.文章为地铁车站环控设计中紧急通风模式的选型提供了参考,并对数值模拟方法在地铁车站环控系统设计中的应用进行了探讨.