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.     

软土场地中地铁地下车站对邻近高层建筑地震加速度响应的影响

基于典型的南京软土场地条件,建立地铁地下车站—土体—高层建筑系统二维非线性有限元分析模型,研究了两层三跨岛式地铁地下车站结构对邻近高层建筑地震加速度反应的影响规律.结果表明:地铁地下车站使高层建筑与地表接触位置的地表加速度反应动力系数!谱谱值在周期0.5~3 s范围有所增大,建筑各层的峰值加速度反应基本上均有所增大,局部楼层的峰值加速度反应增大达43.7%.随高层建筑与地铁车站间距的增大,该影响逐渐减小.若高层建筑分别采用桩基础/筏板基础,间距与地铁地下车站宽度之比D/B≥1,而D/B≥0.75时该影响可以忽略.     

软土地基盾构隧道地震动力响应振动台模型试验研究

历次发生的大震表明,软土地基会增大地震作用的破坏程度。以某软土地区地铁盾构隧道为原型进行振动台模型试验,重点分析隧道结构的动力响应特性及隧道与围岩的相互动力作用。试验分析表明:地震波在土体中的传播特性因隧道结构的存在而发生了改变,隧道的存在对其周围土体和地表的加速度峰值有一定的减小作用。隧道结构应变值在距离拱顶和拱底圆心角为±30°处相对于其他部位较大,这些部位易发生破坏。因此,在隧道结构设计中应适当提高这些部位的抗震措施。     

格构锚固边坡地震响应的振动台试验研究

设计并完成比例尺为1∶8的边坡大型振动台模型试验,研究格构锚杆框架支护边坡在汶川波水平向、竖直向和水平竖直双向激振下的动力响应特性.研究结果表明:3种激振方式都会使边坡产生水平和竖直向加速度动力响应,且呈现出明显的非线性特征.水平向激振主要产生水平向加速度放大效应,边坡上方动力响应强度比中下方动力响应强度明显,内部动力响应强度比坡面动力响应强度明显;竖直向激振主要产生竖直向加速度放大效应,边坡中上方坡内动力响应强度大于坡面动力响应强度,边坡下方坡内动力响应强度则稍弱于坡面动力响应强度;加速度动力响应峰值放大系数(PGAA)随坡高也呈显著的非线性特征:在水平向激振下,水平和竖直向PGAA都是随坡高非线性增大;在竖直向激振下,水平向PEAA和激振加速度峰值AZmax≥0.400g时的竖直向PGAA随坡高非线性增大;在水平和竖直双向激振下,边坡中下方水平向PGAA和AXmax≥0.400g时竖直向PGAA随坡高非线性增大.3种激振方式下动位移响应主要出现在水平方向上,且呈现出非线性特征.水平向或水平竖直双向激振下,主要产生水平方向的永久位移,其量值接近但方向相反;竖直向激振下产生的水平和竖直向永久位移较小.3种激振方式下主要产生水平方向动土压力响应,响应程度比较接近,呈现出非线性特征,动土压力峰值的最大值都出现在坡中.     

内爆炸作用下地铁车站结构的动力响应与破坏分析

地铁车站环境封闭,一旦其内部发生意外或恐怖爆炸事件,结构会在爆炸波的冲击作用下产生强烈的动力响应和局部破坏.采用数值方法对地铁车站在背包炸弹等中小型爆炸装置产生的内部爆炸作用下的结构动态响应进行了分析,得到了梁、板、柱等主要受力构件的位移和应变等动力响应,同时分析了炸药量、构件配筋率以及土-结构相互作用等因素对结构主要受力构件响应的影响.研究表明:在内部爆炸作用下,地铁车站的站台板是结构中破坏最为严重的构件,临近柱和中板会产生开裂等轻微破坏;结构的动力响应随炸药量的增大而增大,随构件配筋率的增大而减小;土-结构相互作用对于距离爆源最近的梁、板、柱构件响应影响较小.     

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。     

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.     

馆藏浮放文物地震滑移响应振动台试验

为保护馆藏浮放文物,采用振动台试验方法,研究了浮放文物在地震作用下的滑移响应。基于某博物馆陈列柜的实际尺寸,制作了1:1比例的模型。考虑陈列柜底部固定在振动台面上,并考虑在陈列柜内部浮放一玻璃文物,研究了模型在地震作用下的滑移响应。通过输入不同类型、不同强度的地震波,获得了文物典型节点的加速度、位移响应及动力放大系数,讨论了不同摩擦条件的影响,并在理论上对试验结果进行了验证。结果表明：随着地震波强度增大及文物与陈列台之间的摩擦系数减小,文物滑移响应趋于明显。因此,为减小文物的滑移震害,陈列台面与文物之间应有较大的摩擦系数,且对陈列台面最小尺寸应有一定的要求,以避免文物因过大滑移量而产生掉落。     

地下结构地震反应的振动台模型试验研究

进行了土-地下结构动力相互作用的大型振动台模型试验,分别测出了模型土中不同部位的加速度反应和地下结构的加速度与应变反应.对模型体系的加速度反应实测值进行整理分析了模型箱效应、试验各阶段系统的自振频率及阻尼比的变化情况和地下结构的加速度和应变反应规律.试验结果表明:相对于仅有水平加速度激振,峰值约为水平加速度峰值三分之二的竖向激振的参与,可使结构的反应增加,且应变反应的增量大于加速度反应的增量,地下结构横断面的变形仍以剪切变形为主;地下结构的加速度反应和应变反应的频谱分布有较大差异,应变反应中竖向振型的贡献较大.     

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.     

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.     

软土地基上桩-土-高层结构体系动力特性的振动台试验

为了研究软土地基上桩?土相互作用对高层结构动力特性的影响机理,设计了1：6比例的高层结构?桩?土动力相互作用体系,进行了软土地基上框架结构的模型振动台试验。试验采用层状剪切盒模拟土体的边界,锯末和砂土的混合物作为地基土、以12层钢筋混凝土框架结构模拟上部结构,基础采用3×3群桩基础。通过对比考虑土?结构相互作用（SSI）框架模型和刚性地基框架模型的结构动力特性,总结出本试验中SSI效应对高层框架结构的动力特性影响规律：土体对地震动存在显著的过滤作用,放大土体基频附近的振动,且放大幅度随地震动的加强而减小;小震时土体对加速度峰值起放大作用,而在大震时起减小峰值的作用;考虑SSI效应后,结构的频率降低,阻尼比提高,结构的损伤出现得更晚,发展也更慢。在土体频率处,SSI体系的振型受土体影响显著;在远离土体频率处,SSI体系振型与刚性地基一致。     

高层建筑悬挂式电缆桥架模拟地震振动台试验

电缆桥架是高层建筑中的一类典型的非结构构件。为研究其抗震性能,采用足尺模型进行了2组模拟地震振动台试验。第1组试验针对配置了3种不同类型抗震支架的电缆桥架;第2组试验针对一个带有水平弯通与竖向弯通的L形立体电缆桥架。输入了多组地震动,对悬挂在钢结构平台上的电缆桥架进行了试验,分析了电缆桥架的损伤与破坏情况、动力特性、位移反应和加速度反应。试验结果表明,悬挂式电缆桥架的地震损伤主要集中在电缆托盘主次梁连接节点上,该节点失效导致次梁掉落。安装不同类型抗震支架的电缆桥架位移响应和损伤情况差异较为明显,而加速度响应差异较小。拉杆式抗震支架的抗震性能优于型钢式抗震支架,抗震强化式支架的抗震性能最强。相比于直线段桥架,弯通段桥架的地震损伤较小。增加抗震支架横向刚度和提高抗震支架附近桥架主次梁节点的强度有助于改善桥架的抗震性能。     

钢管混凝土框架结构模拟地震振动台试验

按1:10缩比设计制作了一榀钢管混凝土柱-H钢梁框架结构模型,并进行了模拟地震振动台试验.测试了模型结构动力特性及在El-Centro波、天津波(N-S)和武汉人工波激励下的地震反应.根据模型加速度、位移和应变反应,按相似关系反推原型结构在各种地震波作用下的地震反应,得到原型结构顶层屋面最大位移和层间位移值,进而得到结构弹性总位移角值和层间位移角值.试验及分析结果表明:模型结构最大位移为3.84 mm、加速度放大系数为3.35;模型结构前3阶频率分别为9.51、10.91和17.75 Hz,对应原型结构前3阶周期分别为1.05、0.92、0.56 s,其整体平扭与平动周期比为0.53(Y向)和0.61(X向);原型结构在8.5度多遇地震时整体处于弹性状态,最大弹性总位移角值和层间位移角值分别为1/750和1/318,未超过现行规范限值要求.     

单舱地下综合管廊地震动力响应振动台模型试验研究

采用振动台模型试验方法,对EL-Centro地震波作用下单舱地下综合管廊结构动力响应、土体动力响应以及土-结构相互作用机理开展研究。模型试验依托某实际工程为原型,按照1:15的比例尺缩,设计振动台模型试验,输入不同峰值加速度地震波,以此获得管廊结构以及周边土体的动力响应规律。试验结果表明:土体与管廊结构在振动过程中相互制约,存在明显的土-结构相互作用,在强震作用下管廊侧壁和土体出现脱离的情况,单舱管廊结构的运动始终保持了较好的整体性;管廊周边土体由于受到管廊侧壁的约束作用,土体发生不均匀位移或相对位移,动土压力分布形式错综复杂,土拱效应明显;在横向一致地震作用下,管廊结构横向应变随着地震波输入峰值加速度的增强而增大,其中管廊结构中部截面变形最为明显,各截面角点处的变形位移最大,是管廊抗震设计中需要重视的关键部位。     

液化地基自由场振动台试验的土性参数识别

基于已进行的液化地基自由场振动台试验,利用参数识别技术对试验记录的土体加速度和孔隙水压力进行分析,研究了场地液化机理及土的动力特性.由自由场振动台试验的土体加速度记录求出土体的动剪切应力—应变曲线,并研究了土体的动剪切模量及阻尼特性随动剪切应变的变化关系.结果表明:利用参数识别技术识别的土的刚度与土动力性质试验获得的数据基本一致,而阻尼要高于土动力性质试验的结果;孔隙水压力增长对土的剪切波速有影响,会引起土的刚度降低.     

振动台试验用层状剪切变形土箱的研制

比较了桩－土－结构去和相互作用试验用到的各种盛土容器的优缺点，在此基础上，研制了用于试验的层状剪切变形土箱装置，并进行了土体自由场地的振动台试验，试验结果表明，所研制的装置非常成功的模拟了土的侧向变形边界条件。