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.     

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。     

基于位移反应谱的连续梁桥抗震设计简化方法

根据连续梁桥的实际受力特点,建立了考虑下部结构非线性响应与上部结构共同作用的简化计算模型通过延性性能分析得到桥墩的非线性动力特性,采用等价线性化给出其等效动力参数,采用根据规范（ＪＴＪ００４－８９）建立的变阻尼位移反应谱,通过迭代求解全桥结构的设计地震响应,算例分析表明,提出的方法简单实用,并且具有相当精度。     

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.     

反应位移法和反应加速度法的程序实现

基于结构有限元理论,将反应位移法和反应加速度法的土层反应荷载转化为节点力施加在结构上,并编制计算程序.设定某地质条件下的典型圆形结构和矩形结构为基准模型,使用自编程序和SAP2000分别计算反应位移法和反应加速度法下的结构内力.结果表明,自编程序是正确的,并且较简便,其计算精度和SAP2000的计算结果一致.     

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.     

装配式地铁车站外墙-底板节点抗震性能研究

针对装配式地铁车站结构,提出一种新型的车站外墙-底板连接节点。该节点通过车站单侧半预制墙板与底板伸出的竖向U型钢筋搭接连接来实现侧墙与底板间的内力传递。为研究该节点的抗震性能,结合实际工程设计制作PSJ1,PSJ2和PSJ3这3个节点区位置各不相同的足尺预制拼装节点试件,并通过拟静力试验研究节点的破坏形态、承载能力、滞回性能以及U型筋搭接连接的传力性能。研究结果表明：U型钢筋的搭接连接能够有效传递钢筋应力;搭接连接区可能出现钢筋弯弧段的断裂破坏以及弯弧内部混凝土的压碎破坏,两种连接失效模式均可归因于钢筋与混凝土之间的黏结退化;将U型筋搭接位置设置于外墙的加腋段,可有效防止连接失效对节点抗震性能的影响,使节点的极限承载力进一步提高。     

某城市地铁车站风井结构分析

文章以某城市地铁车站风井为例,建立结构平面应变分析有限元模型,对结构的应力、位移、变形和内力进行结构计算,得出结构的强度安全系数及结构裂缝宽度,确定和验证了支护方式.用有限元数值方法对风井结构模拟计算能较真实地反映结构的内力和变形情况,可以用于对结构安全性能进行评价,为类似结构设计提供科学依据.     

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.     

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.     

不同刚度地铁地下车站结构振动台试验测试数据的时频特征分析

以模型结构整体剪切刚度量化微粒混凝土和石膏模型结构的刚度比,根据小波包变换的频带分布特征确定频带与结点的输出关系,并基于最小熵准则的最优基选择算法,对比分析了不同刚度三层三跨地铁地下车站侧墙加速度反应的时频特性.研究结果表明:最优小波包变换方法具有自适应的频域分辨能力,能较好地解决频带重叠现象.采用最优基小波包变换技术能有效挖掘出由结构材料不同引起的模型结构加速度反应的时间-频率-能量之间的差异.在强震作用下,微粒混凝土模型结构加速度反应的特征频带总能量高于石膏模型结构;石膏模型结构加速度反应在0～6.25 Hz频带的能量集中程度高于微粒混凝土模型结构,在＞6.25～ 12.5 Hz频带内的能量累积速率较微粒混凝土模型结构快;石膏模型结构加速度反应各特征频带进入快速能量累积的时刻均早于微粒混凝土结构.     

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。     

暗挖法地铁车站监控量测技术研究

城市地铁施工涉及到大量的暗挖工程,地下工程施工又是在地层内部进行,对地层易产生扰动、影响较大.为了实时观测施工过程对地层的影响,及早发现地层的重大变化,作出正确响应,监控量测就显得尤为重要.通过地表沉降观测,洞内拱顶沉降、净空收敛等方法,按照规范要求进行数据采集工作,及时对比数据量差、及早发现突变状态.通过监控量测及时发现不稳定因素,保障工程及社会安全;同时随施工进行同步验证设计方案与实际情况的吻合程度,并根据变形及沉降情况来调整方案和施工,为施工提供有价值的指导性意见;根据收集的变形及沉降资料为今后类似工程的监控量测提供类比依据.根据长春地铁1号线07标段解放大路站车站暗挖施工作为案例,介绍了监控量测的目的、监测项目、监测方法及地表沉降的控制措施.     

基于位移的结构抗震设计方法研究进展

文章简要回顾了国内外基于位移的抗震设计方法研究进展,在阅读大量文献并对比研究若于具有代表性的设计方法的基础上,指出了各设计方法的亟待改进之处,并提出了未来的研究方向。     

基于FLAC3D地铁车站基坑开挖的变形规律研究

文章运用FLAC3D有限差分软件对合肥轨道交通2号线潜山路车站基坑工程开挖全过程进行数值模拟,计算中土体采用摩尔-库伦弹塑性模型,围护结构采用实体单元,围护结构与土体的接触面采用接触面单元。通过分析计算结果与监测数据可得:围护结构的最大水平位移发生在基坑的中部,随着基坑不断开挖,围护结构最大水平位移逐渐下移,其最大变形位置位于开挖面附近,呈现两端小、中间大的"抛物线"分布;基坑外地表沉降是一种典型的凹槽形沉降,最大沉降值发生在距基坑边缘10m处;数值模拟结果与监测数据基本一致,且变形规律及趋势相吻合,可为类似工程的设计与施工提供参考。     

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FLAC^3D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。     

基于响应面和蒙特卡罗法结构位移可靠度

为了研究结构位移可靠度,以门式框架为例,利用MATLAB软件编制基于蒙特卡罗法、响应面法、响应面—蒙特卡罗法的计算程序,采用数值模拟方法对结构进行可靠度分析。得到结构的失效概率、可靠指标、结构最不利点水平位移的概率分布情况。计算结果表明:这几种方法计算结构的失效概率与文献[5]结果接近,但蒙特卡罗法的计算工作量大、时间最长,响应面法的计算时间最短。响应面—蒙特卡罗法、响应面—重要抽样蒙特卡罗法在较少样本的情况下可以达到较高的精度要求,且计算效率较高。本文基于MATLAB编制的可靠度模拟分析程序为复杂结构可靠度分析提供了参考。     

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。     

地铁车站多工法施工的地层变形研究

以重庆交通轨道环线冉家坝地铁车站为工程依托,采用现场监控量测方法研究了双侧壁导坑法开挖、侧洞法开挖及明挖法施工下的地层变形规律。结果表明:3种工法下明挖法引起的地表沉降变形最小,双侧壁导坑法开挖次之,侧洞法引起的沉降变形最大;2种暗挖施工下初次开挖扰动引起的地层变形最大,占总沉降量的50%以上。分析隧道拱顶变形发现,变形过程可分为左导洞开挖后的快速沉降阶段、左右导洞开挖及时支护后的过渡变形阶段和临时支撑拆除后稳定变形阶段,且2种暗挖工法下的拱顶变形曲线均可由指数函数拟合。