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.     

正断层位错作用下城市地铁隧道损伤分析

目的研究正断层位错作用下城市地铁隧道的抗震薄弱部位,为地铁隧道工程的抗震设计及地震安全性评价工作提供依据.方法采用拟静力弹塑性有限元方法,以北京地铁7号线工程的区间隧道作为研究对象,分析在正断层位错作用下地铁隧道的损伤破坏机理.结果通过大量的计算分析建立了临界覆盖土层厚度(H_(临界))与断层位错量(D_V、D_H)之间的关系式:H_(临界)=52.605D_V+144.117D_H-30.789,回归拟合了能够估计衬砌结构在正断层位错作用下抗震薄弱部位的关系式:L_(损伤)=0.345H+15.545D_V-5.212D_H+42.023(L损伤为损伤区域长度).结论在正断层位错作用下,衬砌结构出现损伤的区域主要发生在活断层附近一定范围,拱顶部位损伤最为严重.增加基岩上覆土层厚度能够减轻衬砌结构的震害程度,当土层厚度不小于临界覆盖土层厚度时,正断层错动对于埋地隧道不会产生影响.正断层作用下竖向张拉力对隧道结构的损伤范围影响较大,在土层厚度相同的情况下,衬砌结构出现损伤区域的最终长度随着断层倾角的增大逐渐增大.     

山岭隧道洞口段衬砌结构地震响应数值分析

隧道洞口段由于所处地质环境较差,是山岭隧道最容易失稳的部位之一。特别地,地质条件对隧道稳定性的不利影响会在地震过程被进一步放大。基于混凝土塑性损伤模型,建立隧道-围岩系统三维非线性有限元模型,采用该模型对横琴长湾隧道洞口段结构进行地震响应过程分析。结果显示:距离洞口越近,衬砌结构的位移响应越大;衬砌拱肩和拱腰的最大主应力峰值明显大于其他部位,并且拉裂破坏是衬砌结构主要破坏模式;损伤区主要分布在距离洞口70 m范围内,并且距离洞口越近,衬砌结构的损伤系数越大;衬砌结构的拱肩和拱腰是其抗震的薄弱部位。     

钢筋混凝土框架结构地震失效模式优化

地震作用下钢筋混凝土框架结构薄弱部位易发生损伤破坏,从而引起结构失效,针对结构的失效模式进行优化有利于提高结构的抗震性能.为此,以结构构件、结构层以及结构整体的损伤准则为约束方程,采用以结构构件损伤值相等为目标的优化设计方法,通过二次开发的钢材和混凝土的弹塑性损伤本构模型,应用纤维单元模型对强震作用下钢筋混凝土框架结构的失效模式进行了优化.以12层钢筋混凝土框架结构Benchmark模型为例,对双向El-Centro地震动作用下结构各构件的抗震性能进行优化,并对优化前后结构的动力响应和损伤发展进行分析,结果表明最优结构损伤集中得到有效的控制,结构各层损伤分布更加均匀,结构整体损伤减小,结构的抗震性能得到明显提高.     

不同加载方向的山岭隧道洞口段地震响应振动台模型试验

基于垂直于隧道轴向加载(X向加载)与平行于轴向加载(Y向加载)2种试验工况,对山岭隧道洞口段开展大型振动台模型试验研究。研究结果表明:不同加载方向所引起的隧道结构变形模式和破坏机制不同。当沿X向加载时,结构以剪切变形为主,抗震薄弱部位为两侧拱肩与拱脚,最终发生剪切破坏;而当沿Y向加载时,结构以拉压变形为主,抗震薄弱部位为拱顶、仰拱和两侧拱脚,最终发生拉压破坏。不同加载方向所引起的坡体破坏模式不同,X向加载引起较明显的结构与围岩相互作用现象,坡体大规模破坏由结构附近围岩的剪切破坏诱发;而Y向加载引起的坡体惯性力较明显,坡体大规模破坏由坡顶附近围岩的张拉破坏诱发。且Y向加载更易引起洞口仰坡的破坏,破坏现象与实际震害现象相符。     

不同间距对两相邻黄土公路隧道地震反应的影响

为认识两相邻黄土公路隧道的抗拒震性能,利用ANSYS有限元分析软件进行动力分析,研究了不同间距对两相邻黄土公路隧道地震反应的影响规律。对3种不同间距隧道模型的分析结果表明,随着两相邻隧道之间间距的逐渐增大,隧道的整体地震反应(位移、应力)逐渐减小,且地震荷载作用下薄弱部位多发生在衬砌的拱脚部位,此结果可作为两相邻黄土公路隧道抗震设计的参考依据。     

对抗震设计的几点思考

为全面、准确地贯彻抗震设计规范,对常用的几种抗震拉结措施进行结构受力分析,指出其负面影响;研究分析建筑物抗震的薄弱部位根据分析和设计经验提出对策     

底部柔性砌体结构房屋抗震性能试验研究

介绍某底部两层框架砖房的模拟地震振动台试验，分析和评价了该结构的抗震性能，确定了底部两层框架砌体结构房屋的抗震薄弱部位和破坏机理，并提出了设计建议。     

基于变形和能量双准则的基础隔震结构地震损伤分析

为了研究基础隔震结构在地震动作用下的破坏形式,基于能量平衡原理和抗震非线性软件PERFORM3D对已完成的基础隔震结构模型在近场和远场地震动作用下进行了动力时程分析。以楼层的损伤模型为主,并以变形和能量双准的损伤准则对其进行了损伤分析。研究表明:基础隔震结构的上部结构的损伤往往发生在较低楼层,且以变形损伤为主,能量损伤次之。在不同的地震动作用下,近场脉冲地震动对基础隔震结构的上部结构的损伤最大,其次为非脉冲地震动,远场地震动对基础个隔震结构的损伤则最小。     

某框架-核心筒超限高层基于抗震性能的设计分析

文进行了某框架-核心筒超限高层基于抗震性能的设计分析。多遇地震下,进行反应谱分析与弹性时程分析;设防烈度地震下,进行中震弹性与中震不屈服复核;罕遇地震下,进行静力弹塑性分析(Pushover Analysis),评估结构的抗震性能,发现结构潜在的破坏机制,针对性地加强薄弱部位,改善结构抗震性能。该工程通过三个水准地震作用分析,基本实现了“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防目标。     

地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。     

滨海软土地层隧道衬砌地震动力响应及损伤特征

地震作用下穿越软土地层的地铁隧道易受到严重破坏。因此,研究该类型地层下隧道的地震响应及损伤特性对地铁的安全运营至关重要。为此,首先结合分段曲线损伤模型和Druker-Prager弹塑性模型推导出反映混凝土损伤的弹塑性方程。然后借助FLAC3D有限差分程序及二次开发接口建立以混凝土管片损伤模型为基础的土-盾构隧道相互作用模型。最后对水平和竖直方向地震波影响下盾构隧道的动力响应及结构损伤进行研究。研究结果表明：(1) 通过FLAC3D数值软件的单轴拉伸和压缩试验得出所建立的混凝土管片弹塑性损伤模型能够很好的反映混凝土的力学损伤特性及材料的软化发展规律,从而验证了该模型的合理性与准确性。(2)盾构隧道的动力响应及损伤度与地震振幅呈现正相关性。水平方向地震波、竖直方向地震波作用下隧道结构的最大损伤增量位置分别为隧道拱脚、拱肩处和隧道两侧处。其中,竖直方向入射地震波对隧道损伤度的影响更为显著。     

外包钢加固SRC框架结构地震损伤演化分析

基于外包钢加固震损型钢混凝土框架结构在低周往复荷载作用下的破坏性试验,采用材料性能折减的方法考虑震损影响,对外包钢加固损伤的型钢混凝土框架结构进行有限元建模分析,利用改进的双参数地震损伤模型计算其主要构件和整体结构的损伤指数,并利用多项式函数对其构件及整体结构的损伤演化曲线进行拟合,探讨外包钢加固震损型钢混凝土框架结构在低周往复荷载作用下的损伤演化规律。结果表明,通过折减材料性能来模拟预震损的方法是合理的;改进的地震损伤模型能定量计算结构在各个循环阶段的损伤指数;外包钢加固型钢混凝土框架结构的方法能有效降低型钢混凝土框架结构地震损伤程度,与未加固的震损型钢混凝土框架结构相比,外包钢加固震损型钢混凝土框架结构的抗震性能明显增强。     

基于位移及滞回耗能的结构抗震性能评估新方法

根据Pushover分析的基本假定,推导了多自由度体系结构与其等效单自由度体系之间位移及能量的近似转换关系;在此基础上,采用Park-Ang模型对结构在地震作用下的整体损伤指标进行合理估计,并据此对结构的抗震性能作出综合评估.本文方法能同时体现地震作用下结构的最大变形及滞回耗能总量对其损伤造成的影响,具有广阔的工程应用前景.为验证该方法的准确性,对一典型的7层混凝土框架结构进行了算例验证.结果表明,算例结构的整体损伤指标估计误差仅为7.0%左右,其中位移项估计误差约为6.6%,能量项估计误差约为9.9%.     

叠合板式剪力墙地震破损指标计算模型分析

为对叠合混凝土墙板进行较为系统的分析研究,并为编制地方行业标准提供可靠的科学依据,进行了在低周反复荷载下的叠合板式剪力墙和普通剪力墙对比试验研究.较系统地分析了结构的破坏形态、延性、刚度、耗能等,并采用基于刚度的破损指标和基于位移及耗能的破损指标的计算模型对构件进行了计算分析比较,计算结果与试验现象吻合良好.基于刚度的破损指标计算较为简便,可优先考虑使用.     

地震动斜入射下层状岩体隧洞接触响应分析

为研究层状岩体对隧洞地震响应的影响,考虑地震动斜入射特性和层状岩体层间非线性接触特性,建立一种层状岩体水工隧洞地震动力响应数值模拟方法.首先,基于三维黏弹性人工边界条件和波场分解理论,将地震动转化为作用于人工边界上的等效节点力,建立了一种层状岩体中地震动三维空间斜入射输入方法.其次,针对地震作用下层状岩体层间动力相互作用特点,建立了一种考虑接触面黏结滑移特性的动接触力算法.将该模拟方法应用于巴基斯坦阿扎德帕坦水电站输水隧洞抗震稳定计算,对比分析地震动竖直入射、地震动斜入射、地震动斜入射且考虑动接触3种工况的计算结果,结果表明,地震作用下隧洞结构的应力和位移响应受地震动入射角影响明显;层间剪切、挤压破碎带的存在加剧了隧洞的地震反应,接触面附近破坏区发展较大;考虑接触作用后,衬砌腰部的应力和位移响应相比顶拱较大,首先发生开裂损伤破坏,成为水工隧洞衬砌结构抗震设计的薄弱部位,隧洞结构的损伤区主要分布于软岩穿过部位和层间接触部位.     

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.     

特大断面隧道断层段地震响应与断层构造关系

针对特大断面隧道断层破碎带地震响应强烈而导致衬砌结构更易遭受破坏的问题,本文采用FLAC 3D仿真计算软件,通过数值模拟,研究特大断面隧道地震与断层宽度、断层倾角的关系,分析衬砌地震响应规律,确定抗震薄弱位置及抗震设防范围。分析结果表明：断层处的衬砌横断面上的拱腰和拱脚处属于抗震薄弱位置,需要在这些位置处重点进行设防;断层上盘位置对地震响应更明显,应加强这些位置上隧道衬砌的抗减震措施;地震时,小倾角,大宽度的断层构造对特大断面隧道的影响大。在本文研究的断层构造范围内,特大断面隧道的抗震设防区域选取应为：断层及断层交界面前后各取25~30m的区域。这些结果可为地震区的特大断面隧道设计建设提供参考。     

近断层地震下城市隧道动力响应与衬砌选型

为掌握不同形式隧道结构在近断层地震下动力响应特性,同时给隧道衬砌选型提供依据。以乌鲁木齐轨道交通2号线穿越九家湾近断层为背景,通过建立马蹄形和箱型曲拱隧道结构的三维动力分析模型,施加人工合成的地震波,对比两种结构形式在近断层地震作用下位移、速度、应力响应特性及安全储备,明确其动力响应特性。结果表明：两种衬砌结构在近断层地震作用下均保持完整,但箱型曲拱结构速度峰值及位移幅值略大;地震作用下隧道衬砌结构各部位速度响应基本一致,且主要取决于地震动特性;对于穿越断层破碎带的衬砌结构,其地震作用下的应力响应明显增加,破碎围岩对地震动效应有放大作用;两种衬砌形式在地震作用下的安全性能均满足要求,实际工程中应结合适应性条件合理选用。