考虑非一致地震输入的地铁车站动力时程分析

为了研究非一致地震输入以及考虑土体介质阻尼的自由波场对大型地铁车站动力响应的影响,发展了一种可考虑土体介质阻尼影响的自由波场一维化时域有限元算法,并编制了相应的非一致地震波动等效荷载的Matlab计算程序;以一典型两层双柱岛式地铁车站为工程背景,建立三维地铁车站结构-土相互作用系统的整体有限元数值模型,开展动力时程实例分析。计算结果表明:与地震波一致输入情形相比,地震波非一致输入将引起地铁车站结构的控制内力和层间位移分布及其幅值发生明显变化;与不考虑土体介质阻尼的地震波动输入相比,在考虑土体介质阻尼的地震波动输入下,地铁车站结构的控制内力和最大层间位移均有一定幅度的减小,且减小幅度随波动入射角的增大而增大。本文分析表明,非一致地震波动输入及土体介质阻尼对大型地铁车站结构的动力时程响应均有一定影响。     

考虑土-结构动力相互作用的车-桥系统动力响应分析

基于多源粘弹性人工边界,利用有限元软件ABAQUS建立了动力荷载作用下的路基-桥梁-车辆整体数值分析模型,分别计算动力荷载作用下车速、土-结构动力相互作用(SSI)因素对车-桥系统的影响规律。结果表明:对车桥系统来说,考虑土-结构相互作用时桥梁结构和车辆的竖向动力响应都较忽略时有显著的增大;桥梁的各参考点的竖向动力响应随着列车速度的增大而增大,但车速对桥梁的动力响应影响要大于土-结构动力相互作用的影响;地震使得车桥系统的动力响应明显的增大,同时地震作用下桥梁的参考点上竖向位移、速度的最大值出现时刻和只有列车荷载作用下出现时刻也不同。     

预制+现浇装配式地铁地下车站结构地震反应的三维有限元分析

目前对装配式结构的抗震性能研究较少,尤其对装配式地下结构的抗震性能研究尤为缺乏。鉴于此,本文以实际新型预制装配+现浇钢筋混凝土箱型框架式地铁地下车站结构为研究对象,通过建立土-地连墙-装配式地下车站结构的二维和三维两种非线性整体有限元模型,分析了该类新型车站结构的整体抗震性能。结果表明:采用带肋梁预制装配板与现浇钢筋混凝土板的叠合楼板和钢管混凝土中柱的施工工艺能够明显增强结构抗震性能;同时发现二维有限元模型的计算结果高估了车站结构中柱顶底端的地震损伤程度,而低估了车站结构纵梁与中柱连接部位的地震损伤程度。在强地震作用下,建议采用土与地下结构非线性动力相互作用的三维有限元分析模型来真实反应车站结构中柱和纵梁的抗震性能。     

基于柱顶隔震的3层3跨地铁地下车站结构抗震性能研究

针对3层3跨框架式地铁地下车站结构抗震薄弱构件,采用在柱顶不同位置设置铅芯橡胶隔震支座的方法,建立土-地下连续墙-主体结构非线性静动力耦合相互作用的二维整体时域有限元分析模型,分析柱顶隔震支座对车站主体结构的侧向变形、地震损伤和动应力反应等结构地震反应特性的影响。结果表明,仅在抗震薄弱的顶层和底层中柱柱顶设置2层隔震支座与各层中柱柱顶设置3层隔震支座均可有效减轻中柱地震损伤程度,提高车站结构整体抗震性能。然而,仅在顶、底层中柱柱顶设置2层隔震支座时,会明显加重未设置隔震支座的中间层中柱地震损伤程度。此外,柱顶隔震支座的设置会削弱隔震体系的整体抗侧移能力,从而增大地铁地下车站结构地震侧移。总体上,建议采用各层中柱柱顶均设置隔震支座的措施提升地铁地下车站结构的整体抗震性能。     

Analysis on Dynamic Interaction of Subway Station-soil-aboveground Frame Structure Under Inclined Incidence of SV Wave

地震作用下地铁车站和邻近建筑间的动力相互作用问题已引起许多学者的关注和重视,然而斜入射地震波作用下的相互作用分析研究较少,有关规律仍不明确。为此建立基于黏弹性人工边界的地铁车站-土-地表框架结构整体动力分析有限元模型,围绕入射角、地上与地下结构间距、场地类别等因素,采用频域刚度矩阵自由场地震响应分析方法获得任意角度斜入射SV波作用下地铁车站-土-地表框架结构动力响应规律。研究结果表明,地表框架结构的存在会显著增大车站中柱轴力幅值,当地表框架结构与车站紧邻时,中柱轴力放大幅度最大为730%,放大效应会改变轴力随入射角的变化规律,总体上使车站中柱轴力在SV波垂直入射和超临界角10°左右入射时均具有相当的幅值;地表框架结构对地铁车站层间位移角的影响与场地条件密切相关,在较硬的场地（Ⅱ类场地）中,车站层间位移角放大幅度最大为74%,在较软的场地（Ⅳ类场地）中,车站层间位移角缩小幅度最大为30%;地铁车站的存在对地表框架结构层间位移角具有放大作用,总体上地铁车站与地表框架结构的距离越近,放大作用越明显,地表框架结构层间位移角放大幅度最大为52%。建议将0°入射和超临界角10°左右入射工况作为地上或地下结构地震响应分析的不利工况。     

黄土地区地铁车站数值模型及测试位置研究

介绍了黄土地区地铁车站振动台模型试验的测试设备与数据采集系统;基于ABAQUS有限元分析软件,采用有限元-无限元耦合的建模方法,对地震作用下黄土地区地铁车站的加速度反应、位移反应、应变反应,以及土-结构相互作用的接触土压力进行了研究。结果表明,结构构件交叉部位的应变反应及接触土压力较大。最后,根据地铁车站地震反应特点,研究了黄土地区地铁车站振动台模型试验中传感器的布置原则和布置方案,为试验获得可靠数据提供了重要保证。同时,本文得到的黄土地区地铁车站地震反应特点和规律,可为黄土介质模型试验及深度数值模型分析提供参考。     

基于侧向地基回填隔震层的两层三跨地铁地下车站结构抗震性能分析

针对两层三跨地铁地下车站结构侧向采用不同含量橡胶颗粒土作为回填隔震层,建立土-地连墙-隔震层-主体结构静动力耦合非线性动力相互作用的二维整体有限元分析模型,分析设置不同含量的橡胶颗粒土侧向隔震层对地下车站主体结构的侧向变形、结构可恢复性以及地震损伤等结构地震反应的影响规律。结果表明:设置10%～20%含量的橡胶颗粒土隔震层可有效地减轻地震对车站结构的地震损伤程度,提高车站结构的震后可恢复性与抗震性能。然而,当输入峰值加速度大于0.2 g时,隔震层的设置会增大地下结构的侧向变形。总体上,建议基岩输入峰值加速度PBA≦0.2 g时,可采用10%～20%含量的橡胶颗粒土作为隔震层来提升地下车站结构的整体抗震性能。     

黄土场地地铁车站振动台试验方案设计与研究

为得到可靠的试验数据,对黄土场地典型断面地铁车站大型振动台试验方案进行设计与研究。根据试验目的和特点,提出黄土场地与地铁车站动力相互作用模型体系相似设计原则,并基于Bockingham的π定理对模型结构进行相似设计;通过室内试验研究模型材料配合比、力学特性及模型制作技术;采用有限元-无限元耦合数值建模方法,分析黄土场地地铁车站地震响应,基于数值模拟结果对振动台试验中的传感器布设方案进行研究;根据西安及周边地区地震环境特点,确定振动台试验输入地震动与加载方案。研究结果表明,试验模型结构宏观震害与数值模拟结果较吻合。本研究可为黄土场地地铁车站、地铁隧道及地下商业街等地下结构振动台试验方案设计与深入研究提供参考。     

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。     

浅埋软土地铁车站地震响应数值分析

采用大变形和粘性边界条件,建立土-结构相互作用的二维动力模型,对浅埋软土场地地铁车站地震荷载作用下的动力响应进行数值研究,分析了地铁车站结构的水平相对位移反应和加速度反应,研究了地铁车站结构的埋深对结构地震位移的影响,并对地震作用下对地铁车站结构的内力进行了比较分析,对地铁车站结构的抗震设计提出了一些看法和对策.     

地铁车站结构大型振动台试验与数值模拟的比较研究

根据可液化土层上土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验结果,以软件ABAQUS为平台,将地基土-地铁车站结构体系视为平面应变问题,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型模拟土体的动力特性,采用混凝土动塑性损伤模型模拟车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用的有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比,结果表明:数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,体现出了相似的规律性,相互印证了计算分析的力学建模和振动台试验结果的正确性。     

地震作用下相邻地下结构与土相互作用特性研究

针对简单框架式地铁车站结构的抗震特性研究已取得一定成果,但对于结构形式较复杂或多个地下结构间相互作用等问题仍需进一步探究。本文利用现有地震分析方法中的动力时程分析法对两个地下结构间相互作用的影响进行系统对比分析,其中主体结构为三层三跨车站、附属结构为两层三跨车站。主要探讨附属结构与主体结构间距离的变化、两结构间连接形式对场地土以及主体结构地震响应特性的影响,分析比较场地土变形、主体结构变形、层间位移角以及内力在不同工况下的地震响应特性。结果表明:相邻地下结构与土相互作用形式较独立结构与土相互作用形式对场地土影响更加明显;当附属结构与主体结构间距离超过两倍结构宽度,附属结构对主体结构周围场地变形影响效应可基本忽略;同样当附属结构与主体结构间距离超过两倍的结构宽度,附属结构对主体结构的变形、内力基本已无影响,因此地震情况下相邻结构间相互作用影响范围基本为两倍结构宽度。与此同时,附属结构的存在对于主体结构抗震特性是不利的,不同连接形式中单层通道连接的形式变形以及内力方面均小于双层通道连接形式。     

地震下考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系响应分析

本文研究了考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系在地震作用下的响应。根据实际工程,采用ABAQUS有限元软件,建立了考虑桩-土-结构相互作用效应的输电塔-线体系有限元模型。选取不同场地类型下的12条天然地震波,研究了不同地震波激励下考虑桩-土-结构相互作用效应输电塔-线体系动力响应。通过与考虑刚性基础的输电塔-线体系动力响应对比,得到了输电塔的薄弱位置,并提出了基于刚性基础的输电塔抗震放大系数,可为输电塔抗震设计提供参考。     

土-结构相互作用分析中几类地震输入方式的比较

地震作用下土-结构动力相互作用的整体有限元分析需要在人工边界处输入地震动。目前可能采用的地震输入方法包括黏弹性边界自由场输入方法、自由场应力方法、自由场位移方法以及侧边界自由方法。由于采用近似人工边界条件或者未完全考虑地震自由场,上述地震输入方法均为近似方法。本文以大开地铁车站二维有限元分析为例,根据规范建议的边界位置,研究了上述地震输入方法的精度,研究成果可为土-结构相互作用分析的合理地震输入提供一定参考。     

软弱场地地铁车站结构地震反应的数值模拟与模型试验对比分析

根据软弱场地土上地铁车站结构大型振动台模型试验结果,以软件ABAQU S为平台,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用二维和三维有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明：二维、三维数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,三维模型可更好地模拟软弱场地与地铁车站结构的动力相互作用及模型结构的动力反应。数值模拟结果和振动台试验结果可相互验证其可靠性。     

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。     

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。     

考虑土-结构相互作用的空间网格结构地震响应分析

阐述了人工黏弹性边界的机理及实现地震动输入的方法,采用MATLAB软件编制了等效节点荷载计算程序。通过算例分析将理论解与数值解进行对比,验证了程序的正确性。利用ABAQUS软件建立了位于典型软土场地的正放四角锥网架土-结构相互作用体系数值仿真模型,分析了考虑土-结构相互作用后对结构动力特性的影响,并且对土-结构相互作用体系进行了动力时程分析,得到了网架结构的加速度响应、相对位移和杆件内力的分布规律,并与刚性地基假定下结构的响应进行了对比和分析。结果表明,考虑土-结构相互作用后分析所得结构峰值加速度、相对位移和杆件内力等性能指标均有显著增大。不考虑土-结构相互作用可能会低估软土场地上的空间网格结构的地震响应。进行软土场地上空间网格结构工程抗震分析时应考虑土-结构相互作用对结构地震响应的影响。     

矩形隧道结构的地震动力破坏研究

为深入研究地震作用下矩形隧道结构的动力响应变化规律,得到隧道结构的失稳破坏机制,通过建立土一隧道结构协同作用的整体力学模型,采用大型室内振动台实验与有限元数值计算对比分析的方法,重点探讨了地震作用下土-隧道结构整体力学模型的加速度时程、频谱特性、位移及土压力等方面的力学响应。研究发现：振动台实验与数值模拟计算的结果变化...     

部分预制装配式地铁地下车站结构整体抗震性能研究

文中以新型预制装配+现浇钢筋混凝土箱型框架式地铁地下车站结构为研究对象,考虑预制构件与现浇构件的叠合作用与连接设计,建立了土-地连墙-地下结构非线性静动力耦合相互作用有限元模型,通过与传统现浇式车站结构的层间位移角、结构加速度和地震损伤的对比分析,探明了该部分预制装配式地铁地下车站结构的整体抗震性能水平。结果表明:由于预制装配式构件采用高标号混凝土,使得预制装配+现浇钢筋混凝土箱型框架式地铁地下车站结构的整体抗震性能明显优于对应的传统非装配现浇式车站结构;同时,输入具有明显低频振动特性的地震动时车站结构的地震反应最为强烈;预制+现浇叠合构件的横截面上,现浇部分混凝土的地震损伤明显大于同截面预制部分混凝土的地震损伤。