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。     

地下综合管廊土-结构接触面参数对地震动力响应的影响数值分析

为研究土-结构接触面参数对地下综合管廊地震动力响应特征的影响,建立动力有限元数值模型,模型边界采用激励侧固定边界、远离激励侧黏性边界、其余侧自由场边界的优化组合动力边界,土体本构采用HSS模型,接触面采用改进Goodman单元,动力荷载考虑三种情况(Rayleigh波的作用、底部激励了美国加利福尼亚Upland地震波以及前两者的共同作用),分别研究不同地震动输入、接触面折减系数的改变对综合管廊内力及加速度的影响。研究结果表明:在相同的折减系数条件下,与静力作用相比,动力作用下的结构内力明显增大,综合管廊设计时应考虑地震荷载作用下内力增大的情况;随着界面折减系数的增加,正弯矩极值减小,负弯矩极值增大,加速度峰值增大;在相同接触面折减系数条件下,底部地震波输入产生的结构内力极值显著高于仅有Rayleigh波输入的情况;考虑Rayleigh波和地震波共同作用条件下,引起的管廊结构内力极值与仅考虑底部地震波输入时的结构内力极值差异不大。研究成果可供地下综合管廊结构地震响应精细化数值模拟及抗震设计参考。     

拱形与矩形断面地铁车站结构地震反应比较研究

采用动力时程法开展了拱形与矩形断面地铁车站结构地震反应的研究,分析了拱形断面和矩形断面地铁车站结构的关键截面在地震作用下的内力及变形的差异。结果表明:相比于矩形断面车站结构,拱形断面车站结构顶板边缘处和侧墙顶端的弯矩明显减小,车站侧墙顶端和顶板边缘处因承受弯矩过大而发生破坏的可能降低;内柱截面的轴压比明显减小,且与侧墙的轴压比差异显著减小,受力分配更为合理;拱形车站结构顶、底板的相对位移、内柱和侧墙的位移角相对较小。在已模拟的工况下拱形车站内力分布形式更为合理,水平变形相对较小,更有利于抗震。     

城市轨道交通大型地下空间结构抗震性能分析

以某城市轨道交通大型地下空间结构工程为背景,研究和分析大型地下空间结构在设防地震和罕遇地震作用下的结构抗震性能。利用MIDAS/GTS大型有限元程序建立三维动力模型,采用时程分析法,获得了结构的变形和内力响应,分析了结构的层间位移差、层间位移角和结构静动力力学特性。基于场地条件下的大型地下空间结构,在设防地震下顶底板处层间位移差最大值为12.00mm,位移角最大值为1/20831/550;在罕遇地震下顶底板处层间位移差最大值为21.82mm,位移角最大值为1/11451/250,总体上满足结构变形要求。研究结果表明:对于大型地下空间结构,在进行结构设计时,除了静力计算工况,应综合考虑抗震工况,开展三维动力时程分析,以便全面掌握其抗震性能;在地震作用下,结构顶板、侧墙和底板等某些部位的内力值较静力计算工况大;大型地下空间主体结构开口处为薄弱环节,应在设计中进行相关加固措施考虑。     

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。     

考虑抗震墙剪切变形情况下对框架-抗震墙协同工作分析探讨

通过建立框架-抗震墙结构单元模型，采用在楼层处有集中力而在楼层之间有分布力的地震作用模式并考虑抗震墙剪切变形的影响，得到了结构内力和变形之间的公式。根据实例分析可得抗震墙剪切变形对整体结构变形影响很小，因此一般情况下在计算框架-抗震墙结构时忽略剪切变形是合理的；同时发现框架剪切刚度越大，抗震墙剪切变形对框架-抗震墙结构整体变形的影响就越大，反之则越小。     

反应位移法抗震设计中地基弹簧系数取值的探讨

随着城市轨道交通工程抗震性能越来越受到关注,反应位移法作为一种简捷的抗震设计方法被大量应用于地下结构抗震设计中。地基弹簧系数的确定方法是反应位移法抗震设计中最为重要的因素之一,本文选取试验法、李英民法、MIDAS法和有限元法,结合北京典型地层,对比分析这四种方法地基弹簧系数取值对地下结构的弯矩、轴力和剪力的影响规律。结果表明:(1)在反应位移法计算中,地基弹簧系数取值对结构内力响应具有重要影响,对结构轴力和剪力的影响较大,而对于弯矩的影响相对较小;(2)地基弹簧系数获取方法优选试验法,在无地勘资料情况下,经验公式和有限元法可作为备选方法;(3)综合考虑四种不同地基弹簧系数确定方法对结构内力影响程度,为保证结构设计的安全性,可对试验法下结构内力进行系数修正,修正系数建议值为1.10。     

计算模型对框架结构梁柱内力影响研究

结构抗震设计的基本原则之一是保证"强柱弱梁",但汶川地震等大量实际震害表明这一抗震设计目标并未能很好地实现。针对此问题,已开展大量研究,探讨了楼板、填充墙以及梁、柱、板配筋等因素对形成"强梁弱柱"的影响。本文则从计算模型方面,即结构分析中广泛采用的模型、精细有限元模型和楼板与梁分别考虑的模型,对梁柱内力影响进行了对比研究。结果表明,计算模型对梁、柱弯矩比有较大影响,是形成"强梁弱柱"的重要影响因素。     

基于振动法的建筑墙体装饰抗震裂综合设计研究

为了解决传统建筑墙体装饰抗震裂设计方法中存在稳定性较差、强度折减系数较低的问题,提出了一种基于振动法的建筑墙体装饰抗震裂综合设计方法。分析建筑墙体结构,构建面向数据提取的建筑墙体结构对象模型,根据建筑墙体装饰抗震裂设防的具体要求,以建筑底部框架抗震墙结构为基础,制定出墙体装饰抗震加固设计基本方法。结合具体施工方法,综合考虑了底部框架抗震墙结构的刚度、强度以及延性的影响,实现了建筑墙体装饰的抗震裂设计。实验结果显示,该方法的稳定性比传统方法提高2%,且在不同密度条件下,最大应力和强度折减系数均远大于对比方法,充分说明了加固后能够保证建筑墙体装饰具有较好的抗震裂能力。     

城市地下空间轨道交通结构抗震性能三维有限元动力模型

城市地下空间轨道交通结构较为复杂,采用反应位移法计算地震荷载下土层相对位移与结构上的等效荷载时,模型边界内力波存在严重的发射现象,导致抗震性能分析结果存在一定的偏差。采用一种新方法分析城市地下空间轨道交通结构抗震性能,采取MIDAS/GTSNX软件构建地下空间轨道交通结构的三维有限元动力模型,设定相关参数,利用人工边界处理应力波,保障三维模型边界内应力波不会形成发射现象,获取结构的剪力和弯矩,计算轴力。经测试实验证明,该方法能够有效分析地下交通结构的层间位移差、合剪力、合弯矩等抗震响应特性,准确度有提升。     

Behavior of braced excavation in sand under a seismic condition: experimental and numerical studies

The behavior of braced excavation in dry sand under a seismic condition is investigated in this paper. A series of shake table tests on a reduced scale model of a retaining wall with one level of bracing were conducted to study the effect of different design parameters such as excavation depth, acceleration amplitude and wall stiffness. Numerical analyses using FLAC 2D were also performed considering one level of bracing. The strut forces, lateral displacements and bending moments in the wall at the end of earthquake motion were compared with experimental results. The study showed that in a post-seismic condition, when other factors were constant, lateral displacement, bending moment, strut forces and maximum ground surface displacement increased with excavation depth and the amplitude of base acceleration. The study also showed that as wall stiffness decreased, the lateral displacement of the wall and ground surface displacement increased, but the bending moment of the wall and strut forces decreased. The net earth pressure behind the walls was influenced by excavation depth and the peak acceleration amplitude, but did not change significantly with wall stiffness. Strut force was the least affected parameter when compared with others under a seismic condition.     

多维地震下考虑桩-土相互作用的曲线桥地震响应分析

为研究曲线桥梁在多维地震激励下考虑桩-土动力相互作用的地震响应特性,本文建立了空间桩-土脱离、摩阻和土体压缩非线性理论分析模型。为简化计算将该非线性弹簧模型进行线性化处理,结合有限元ANSYS分析平台建立了黄土场地的曲线桥仿真分析模型,对考虑桩-土相互作用的曲线桥进行了多维多工况数值分析,对比研究了曲线主梁跨中弯矩、墩底剪力和弯矩及桥墩顶位移的地震响应。结果表明:考虑桩-土相互作用的曲线桥梁主梁跨中内力与地震波输入方向密切相关,三维地震作用下主梁内力最大;各工况地震荷载作用下桥墩底部径向剪力响应比切向剪力响应大很多,而桥墩径向弯矩比切向弯矩略小;同一工况下不同桥墩顶切向位移响应大小相当,而径向位移差异较大。在进行非规则曲线桥梁抗震设计时,应充分考虑多维和单维地震激励输入工况。     

考虑土-结构相互作用时地铁高架车站结构横向地震反应分析

基于ABAQUS软件平台,建立了土-桩-高架车站结构非线性动力相互作用的整体有限元分析模型,考虑输入地震动的频谱特性,系统分析了地铁某上部高架车站结构的横向地震反应规律,给出了不同地震条件下车站结构地震横向变形、结构加速度反应和柱底动内力反应程度及其规律。结果表明：由于高架车站结构顶层质量集中较为严重,使得上层结构的动力反应明显大于下层结构,尤其是上层柱底的最大剪力和弯矩都大于下层柱底的对应值。同时,具有明显近场地震动脉冲特征的地震波更易增强结构的地震反应。分析结果能为类似轨道交通高架车站结构的地震反应分析和抗震设计提供有效的参考和指导。     

A comparative analysis of seismic response of shallow buried underground structure under incident P,SV and Rayleigh waves

In this study, A time-domain seismic response analysis method and a calculation model of the underground structure that can realize the input of seismic P, SV and Rayleigh waves are established, based on the viscoelastic artificial boundary elements and the boundary substructure method for seismic wave input. After verifying the calculation accuracy, a comparative study on seismic response of a shallow-buried, double-deck, double-span subway station structure under incident P, SV and Rayleigh waves is conducted. The research results show that there are certain differences in the cross-sectional internal force distribution characteristics of underground structures under different types of seismic waves. The research results show that there are certain differences in the internal force distribution characteristics of underground structures under different types of seismic waves. At the bottom of the side wall, the top and bottom of the center pillar of the underground structure, the section bending moments of the underground structure under the incidences of SV wave and Rayleigh wave are relatively close, and are significantly larger than the calculation result under the incidence of P wave. At the center of the side wall and the top floor of the structure, the peak value of the cross-sectional internal force under the incident Rayleigh wave is larger than the calculation result under SV wave. In addition, the floor of the underground structure under Rayleigh waves vibrates in both the horizontal and vertical directions, and the magnification effect in the vertical direction is more significant. Considering that the current seismic research of underground structures mainly considers the effect of body waves such as the shear waves, sufficient attention should be paid to the incidence of Rayleigh waves in the future seismic design of shallow underground structures.     

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。     

地震作用下液化场地变截面桩与等截面桩的动力响应对比分析

为研究液化场地变截面桩的动力响应,依托翔安大桥实体工程,采用有限元软件,建立变截面桩－土和等截面桩－土相互作用模型,模拟液化场地变截面桩及等截面桩在地震作用下的振动反应,分析在地震作用下变截面位置不同的变截面桩及等截面桩的动力响应特征。结果表明:地震作用下,液化土层不同深度处的孔压比变化规律基本相同,均从0逐渐增大最后趋于稳定;变截面桩的桩身加速度和桩身位移均大于等截面桩,且桩顶加速度峰值出现的时刻均滞后于桩底;在饱和砂土层处,桩身位移变化趋势均较陡;变截面桩的桩身弯矩峰值和桩身剪力峰值均大于等截面桩,且其峰值出现的位置较等截面桩深;地震作用下,变截面桩及等截面桩的弯矩与剪力均在安全范围之内;液化场地变截面梁桥桩基础抗震设计时,应着重分析液化土层与非液化土层分界面以下的抗弯能力设计及液化土层中抗剪能力设计。     

地基条件对仰斜式挡墙地震响应影响及墙高限值研究

地基条件和墙高是影响挡土墙地震响应特征的重要因素。建立不同地基条件的仰斜式挡土墙有限元时程分析模型,以墙身外倾最大危险状态为最不利时刻,研究地基条件和墙高对挡墙动力响应及墙-土相互作用的影响特征,并以满足力学检算和墙身位移限值为出发点,提出同时考虑地基条件和地震峰值加速度PGA的仰斜式挡墙墙高控制建议。结果表明：岩质地基挡墙墙背动土压力沿墙高呈中部大、上下小的凸形分布,大震下土压力较中震时有小幅减小;基底反力呈墙踵为0、墙趾集中的三角形图式,且随PGA和墙高的增加踵部脱空趋势更为明显;土质地基挡墙因墙底地基土变形对墙后填土的牵连作用,填土跟随墙身运动的趋势加剧,墙背动土压力与PGA呈正相关并沿墙高近似呈线性分布,于墙底处最大;墙身往复摆动使踵趾端地基土体塑性变形较基底中部明显,基底反力峰值向中部转移;根据最不利时刻稳定性、承载力检算,考虑对墙身位移合理限制,提出地震区仰斜式挡墙的允许墙高在设防PGA不超过0.2g时为8 m, 0.4g大震下硬质岩地基挡墙可达8 m,软质岩地基挡墙不宜超过6 m,碎石土、砂质黏土地基挡墙不宜超过4 m。     

Seismic rotational displacement of gravity walls by pseudo-dynamic method: Passive case

Prediction of the seismic rotational displacements of retaining wall under passive condition is an important aspect of design in earthquake prone region. In this paper, the pseudo-dynamic method is used to compute the rotational displacements of rigid retaining wall supporting cohesionless backfill under seismic loading for the passive earth pressure condition. The proposed method considers time, phase difference and effect of amplification in shear and primary waves propagating through both the backfill and the retaining wall. The influence of ground motion characteristics on rotational displacement of the wall is evaluated. Also the effects of variation of parameters like wall friction angle, soil friction angle, amplification factor, shear wave velocity, primary wave velocity, period of lateral shaking, horizontal and vertical seismic accelerations on the rotational displacements are studied. The rotational displacement of the wall increases substantially with increase in amplification of both shear and primary waves, time of input motion, period of lateral shaking and decreases with increase in soil friction angle, wall friction angle. The rotational displacements of the wall also increase when the effect of wall inertia is taken into account. Results are provided in graphical form.     

浮放储罐三维地震反应有限元分析

针对立式储罐,考虑液固耦合效应、地基与储罐结构的相互作用,采用有限元分析方法,对储罐在三维地震荷载作用下动反应进行了数值分析。分析结果表明：储罐三维地震加速度反应较一维地震加速度反应增加、提离高度明显放大、储罐轴向应力增加、基底剪力与弯矩增大。