竖向地震动对大跨度高断面Y形柱地铁车站地震响应分析研究

以北京地铁6号线新华大街站公共区Y型柱地铁车站为工程背景,利用FLAC3D有限差分程序数值模拟分析,研究超浅埋大跨度、高断面、Y形柱地铁车站结构分别在仅输入水平向地震动和同时输入水平向与竖向地震动情况下的地震响应特性。结果表明:(1)与仅输入单向地震动相比,双向地震动耦合作用下车站各测点的峰值加速度和应力值均增大,而相对水平位移减小,且随着输入地震动强度的增加,竖向地震动影响率呈递减趋势;(2)双向地震动作用下,同一工况Y形柱叉支处各测点的竖向位移明显增大,且各测点的竖向位移值较为均匀,而单向水平地震动作用下各测点竖向位移差异较大;(3)与单向水平地震动相比,竖向地震动的输入对各测点间的水平方向地震动特性规律影响较小。     

双层岛式地铁车站结构地震反应分析

以深圳某双层两跨岛式地铁车站为工程背景,考虑水平地震和水平、竖向地震耦合2种工况,采用ANSYS分析软件,研究SSI(土与结构相互作用)效应下结构的水平位移特征和内力响应规律.结果表明:与水平地震工况相比,耦合地震作用下结构最大内力增幅较大,由于竖向惯性荷载作用,产生最大内力位置不同;周围土体介质的变形与结构在震动中的变形关系密切;沿车站侧墙高度的相对水平位移在2种地震工况作用下的变化不容忽视,不可忽略竖向地震的影响,耦合地震作用下的相对水平位移可用线性曲线拟合.研究成果可为地铁车站的抗震设计提供参考.     

双向地震动作用下单拱大跨地铁车站结构地震响应分析

地铁车站结构作为现代城市交通工程的重要组成部分,其抗震问题已成为城市工程抗震和防灾减灾研究的重点与难点。以深圳地铁3号线四期低碳城单拱大跨车站为研究对象,采用近场波动有限元方法,建立三维土-结构相互作用整体有限元分析模型。选取3条人工波和3条天然波作为输入地震动,分析水平单向地震动、水平与竖向双向地震动作用下单拱大跨地铁车站结构三维地震响应规律。研究结果表明,双向地震动作用下单拱大跨无柱结构及矩形框架有柱结构的水平位移及层间位移均略小于单向地震动作用下,但矩形框架有柱结构在竖向地震动作用下的中柱轴压比明显增加,说明单拱大跨车站结构可有效降低双向地震动作用下中柱轴压比变大的风险;双向地震动作用下的结构峰值弯矩大于单向地震动作用下,说明进行结构设计时应适当考虑竖向地震动作用的影响;单拱大跨无柱结构拱顶弯矩明显小于矩形框架有柱结构顶板跨中弯矩,改善了常规矩形框架结构顶板受力性能,但由于单拱大跨无柱结构缺少中柱竖向支撑作用,其底板及侧墙底部弯矩明显大于矩形框架有柱结构,尤其在双向地震动作用下更明显,因此单拱大跨无柱结构需加强底板及侧墙的厚度与配筋,以抵抗较大的弯矩响应。     

1995年阪神地震中大开车站破坏机理分析

1995年日本阪神地震中,神户市地铁车站的破坏被认为是首例直接受地震动破坏的地下结构。对大开车站破坏机理的研究现状进行了详细分析,以ABAQUS有限元软件为平台,采用粘弹性动力人工边界,等效荷载的地震波输入方法。土体和结构分别采用4节点平面应变减缩积分单元和梁单元,分别建立了仅考虑水平地震动作用和同时考虑水平和竖向地震动作用的土-结构有限元分析模型,分析了大开地铁车站结构的破坏机理。计算结果表明:竖向地震动的存在,会增大结构中柱的轴力,但对中柱的剪力和弯矩,以及结构其他位置的内力影响不大;大开车站的中柱主要是由于竖向振动引起柱子底端混凝土压碎破坏引起整个结构的破坏。     

神户大开地铁车站的地震反应分析

本文对阪神地震中大开地铁车站的地震破坏机理进行了分析，复反应分析方法的计算结果表明大开车站的中柱在水平和竖向地震动作用下产生的较大内力，导致了整个地下结构的破坏；计算结果还表明在阪神地震中，竖向地震动作用下地下结构所产生的内力比水平地震动作用下产生的内力要大。     

地震波输入方向对软土地区车站结构响应的影响

运用ANSYS软件,结合天津市地铁3号线昆明路车站工程,采用黏弹性人工边界,建立了土-地下结构相互作用的二维平面有限元模型,研究模拟了软土地区地铁车站在不同方向地震波作用下各个关键点内力、位移和应力的变化规律。研究结果表明:竖向地震波对结构的绝对位移影响较小,而对内力和应力的影响较大,能使内力提高5.18倍左右,竖向地震波在软土地区结构抗震设计中不可忽略;车站结构底板与中柱连接处地震响应最大,为结构抗震设计的薄弱环节。     

基于Pushover分析方法的多层地铁车站地震反应研究

为系统研究多层地铁车站结构地震反应,本文采用地下结构Pushover分析方法对Ⅱ、Ⅲ类场地9座不同结构形式的地铁车站结构进行系列拟静力推覆分析。研究结果表明:中柱是多层地铁车站结构关键抗震构件,地震作用下易先于其他构件产生损伤甚至破坏,车站结构出现整体性塌毁主要是由于中柱首先产生剪切破坏而丧失竖向承载力导致的。中柱是地铁车站结构重要的竖向承力构件,侧墙是地铁车站结构主要水平承力构件。损伤演变速度及损伤累计程度排序为中柱>侧墙>板。对于多层地铁车站结构而言,结构底层中柱和侧墙通常承受更高的轴压作用,使其损伤和破坏先于上层构件。中柱顶、底端和墙、板交界位置在地震作用下极易产生损伤破坏,建议在抗震设计中对这些位置适当地进行加强处理。     

强震作用下地铁车站结构损伤破坏的高效分析方法

地下结构的关键构件(如柱子等)在地震作用下可能发生破坏,进而影响结构体系的整体稳定性。在借鉴传统反应位移法的基础上,提出了一种新的位移时程反应分析方法,采用该方法对日本神户大开地铁车站进行地震响应分析。结果表明:位移时程反应分析方法能够考虑土-结构相互作用、材料非线性、几何非线性、水平地震与竖向地震的耦合作用及地震动传播的时空效应,适用于地下结构地震反应分析,利用该方法得出的地铁车站结构变形及损伤破坏与实际震害观察具有较好的一致性,并指出大开地铁车站结构的整体垮塌是由于柱子剪坏和高轴压联合作用所致。     

地铁车站-隧道-土相互作用体系地震反应

为研究地铁车站-隧道-土相互作用体系在地震中的整体力学行为,并探讨地铁车站与隧道接头结构对地下轨道交通结构地震响应的影响,本文建立了地铁车站-隧道-土相互作用体系的大型三维整体有限元模型,借助Ls-dyna有限元软件进行地震动时程分析,探讨了地铁车站-隧道-土相互作用体系的地震反应规律,从定量角度研究了地铁车站与隧道接头结构对车站及隧道地震响应的影响程度及范围。研究表明,地震作用下地铁车站与隧道结构的受力明显不均匀;地铁车站结构的最大层间位移响应在接头部位较车站中间截面显著减小,接头结构的影响距离约为车站纵向跨度的5倍;地铁隧道在接头结构处的应力响应较隧道其他位置显著增大,但增大程度随着与接头部位距离的增大而迅速减弱。     

软土地区地铁车站地震响应分析

以天津市地铁3号线典型车站结构为研究对象,通过ANSYS有限元软件建立合理的软土地区土—地下结构相互作用模型,选用天津宁河、Taft波及天津人工波,分析该模型的频遇地震及罕遇地震作用效应。分析结果表明：不同地震波作用下位移响应幅值接近,且最大值出现时刻一致,位移变形均满足规范要求;天津宁河波作用下内力响应明显大于其他地震波的作用效应,且地铁车站结构抗震薄弱环节在框架底层中柱柱底位置。该研究成果可为天津市软土地区地铁车站结构的抗震设计提供参考。     

埋深对地铁车站地震反应的影响分析

关于埋深对地下结构地震反应的影响的研究对象多见于地下隧道,对地铁车站地震反应受埋深影响变化规律缺乏深入研究。本文基于ANSYS有限元软件,采用改进的简化方法建立三种不同埋深的地铁车站结构有限元模型,以两种基岩波的水平向和竖向地震动作为激励,求解各模型中地铁车站结构重要部位的地震反应。分析不同埋深时地铁车站结构惯性作用、侧面土体和上部土体三个因素对地铁车站地震反应的影响情况。分析结果表明:在双向地震作用下,地铁车站侧壁弯矩、剪力、轴力和中柱轴力随埋深的增加而增加,中柱剪力和弯矩随埋深增加而减少。埋深越深,侧面土体对地铁车站地震反应影响越大;上部土体使中柱轴力不断增加;结构自身的惯性作用对其地震反应的贡献逐渐减小。     

地铁车站的强地震反应分析及设计地震动参数研究

进行了地铁地下车站的地震反应分析,探讨了地铁车站地震反应的主要影响因素,介绍了地面与基岩间峰值相对位移的确定及其在地下结构抗震设计中的应用,初步研究了地铁车站埋深对结构地震反应的影响。分析结果表明,地震引起的地基变形是影响地下结构动力反应的决定性因素,结构峰值变形反应与自由场峰值变形反应之间近似存在简单的线性关系;相对于设计基本地震加速度,地面与基岩间峰值相对位移(PGRD)对于地下结构抗震分析及设计是一种更为合理的设计地震动参数。     

西北黄土地区地震作用下地铁车站动力响应分析

以甘肃兰州地铁一号线某地铁车站为工程背景,基于ADINA分析软件32CPU有限元显式计算平台,建立地基土与车站结构相互作用的非线性地震响应计算模型。数值分析在El-Centro、Kobe和兰州波的多遇地震条件下其车站及地基土的动力响应差异。结果表明:车站结构振型与周围地基土振型基本一致;车站底板、中板及顶板的加速度时程曲线形状基本相同;中柱和侧墙均随着埋深的增加其水平位移减小;车站周围的地表土体均发生了不同程度的沉降,其距车站7.5m范围的沉降尤为显著,致使周围建筑物会遭受到一定程度的损坏。     

不同场地条件下地连墙对地铁车站结构地震动力响应的影响

地铁车站多采用基于地下连续墙(简称：地连墙)的明挖施工方法,施工后地连墙作为永久结构与车站共同受力。在车站结构抗震分析中,考虑到地连墙可能对结构抗震的有利作用,出于安全储备考虑通常忽略地连墙的存在,但地连墙对车站结构地震响应的影响规律和机理仍有待深入研究。以某典型两层三跨地铁车站结构为对象,基于近场波动有限元方法并结合黏弹性人工边界条件,开展有无地连墙情况车站结构地震响应特性对比研究,揭示不同场地条件下地连墙对车站结构地震响应的影响规律,阐明地连墙的影响机理。研究结果表明：地连墙具有减小车站结构总体层间位移效应,有利于侧墙和底层中柱抗震,但同时放大了顶底板与侧墙连接处的弯矩和正应力;地连墙对结构顶层中柱端部及中跨中板板端的内力和正应力的影响与场地条件相关,坚硬和中硬场地条件下具有减小效应,软弱场地下略有增大作用。上述结构响应规律的原因可归结为地连墙增加了结构侧墙刚度,降低了结构整体侧向变形,但限制了侧墙的弯曲变形,导致结构顶底板与侧墙交接处的弯曲变形和内力增大。     

Shaking table test on the seismic failure characteristics of a subway station structure on liquefiable ground

In order to investigate the seismic failure characteristics of a structure on the liquefiable ground, a series of shaking table tests were conducted based on a plaster model of a three‐story and three‐span subway station. The dynamic responses of the structure and ground soil under main shock and aftershock ground motions were studied. The sand boils and waterspouts phenomena, ground surface cracks, and earthquake‐induced ground surface settlements were observed in the testing. For the structure, the upward movement, local damage and member cracking were obtained. Under the main shock, there appeared longer liquefaction duration for the ground soil while the pore pressure dissipated slowly. The acceleration amplification effect of the liquefied soil was weakened, and the soil showed a remarkable shock absorption and concentration effect with low frequency component of ground motion. However, under the aftershock, the dissipation of pore pressure in the ground soil became obvious. The peak acceleration of the structure reduced with the buried depth. Dynamic soil pressure on the side wall was smaller in the middle and larger at both ends. The interior column of the model structure was the weakest member. The peak strain and damage degree for both sides of the interior column exhibited an ‘S’ type distribution along the height. Moreover, the seismic response of both ground soil and subway station structure exhibited a remarkable spatial effect. The seismic damage development process and failure mechanism of the structure illustrated in this study can provide references for the engineers and researcher. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

水平向地震下双层岛式地铁车站结构的动力变形特征

根据南京地铁车站建设的实际背景,以浅埋于深厚软土场地中某个典型的两层双柱三跨的地铁车站结构为研究对象,对考虑SSI效应时地铁车站结构水平向非线性地震反应规律进行了研究。本文中主要探讨了侧向有软土层存在时地铁车站结构的水平向相对位移反应和加速度反应规律。结果表明:车站结构顶、底板之间的最大相对水平位移接近于自由场地对应点间的最大相对水平位移,而车站结构的侧向水平相对位移曲线明显区别于自由场地对应深度范围内两点间的水平相对位移曲线,采用三次多项式能很好地拟合车站接轨的水平相对位移沿侧墙高度的变化曲线,初步给出了各拟合参数用车站结构顶、底板间最低水平相对位移拟合的经验公式;同时,考虑SSI效应时,传递到车站结构基底处的峰值加速度反应明显大于自由场地对应点处的峰值加速度反应。