地震作用下地铁车站结构的动力变形响应研究

研究地铁车站结构在地震作用下的变形,对地铁的建设和安全运营有着重要的现实意义。本文进行了北京地区土层中典型地铁车站结构的振动台试验,并使用FLAC2D对试验进行模拟分析,得到了在地震作用下地铁车站结构的变形响应规律。结果表明：地铁结构的变形峰值随地震强度的增加而增加;结构中柱的峰值应变和峰值挠度曲线曲率,两端大、中间小;侧墙峰值挠度曲线的各点曲率为常数,这是因为侧墙与顶底板组成的箱形结构整体刚度大,难以发生破坏;中柱底端应变呈正负循环变化,侧墙的应变曲线与受冲击荷载的变形曲线相似。     

云冈石窟的地震动力响应研究

选取云冈石窟中的典型石窟作为研究对象,建立了三维的石窟计算模型,首先输入水平方向地震荷载,计算了石窟岩体的位移和应力分布情况.结果表明,石窟的立柱部分和入口处易产生较大位移;石窟周围,尤其是洞窟开挖的薄壁部位,容易形成压应力、拉应力和剪应力的集中区,是石窟围岩容易破坏的地方.再输入竖向和横向的地震荷载进行比较,结果表明,竖向地震荷载对石窟拉应力的影响较横向地震荷载更为显著,但竖向地震荷载产生的压应力值远较横向地震荷载的为小;而横向地震荷载比竖向地震荷载更容易引起最大剪应力集中,即更容易导致石窟的破坏.     

地铁车站与隧道连接处地震响应分析

结构截面刚度突变处是地下结构抗震的薄弱部位,为研究地铁车站与隧道连接处的地震响应,本文建立有限差分数值模型,分析地震作用下车站与隧道连接处的薄弱部位、连接处附近的侧墙变形分布特征以及地表沉降分布特征,重点探究埋深、地震动特征以及周围土体刚度对连接处隧道应力的影响.结果表明:连接处端墙底部跨中、端墙洞口的顶部和底部是抗震...     

桥梁结构在地震和冰荷载作用下的响应

本文采用杆系有限元方法,研究了桥墩结构在地震和冰荷载作用下的响应问题。根据桥梁的结构特点,建立其力学模型,考虑柱墩受支座的约束作用,推导了桥墩结构的动力平衡方程,分别研究桥墩结构在地震和冰荷载作用下以及在其共同作用下的响应问题,比较了考虑柱墩受支座的约束作用与不考虑柱墩受支座的约束作用2种情况下桥墩结构的响应问题,为研究桥墩结构在多荷载作用下的响应问题提供理论依据。     

双洞八车道大断面隧道地震动力响应数值分析

为研究双洞八车道超大断面隧道在地震力作用下的动力响应特征,以平潭综合实验区牛寨山隧道为工程背景,建立双洞八车道隧道的三维有限元数值计算模型。采用时程分析方法,在模型底部输入水平向地震动荷载,计算隧道结构在地震动荷载作用下的响应,包括位移、加速度及应力的变化。结果表明:最大水平和竖向位移出现在拱顶处,南线浅埋隧道整体呈剪切响应;隧道最大水平加速度出现在南线隧道拱顶偏左处,最大垂直加速度出现在南线隧道拱顶偏右处,南线隧道洞口由于浅埋,关键部位响应差较北线要大;南线的右拱肩埋深最浅,该部位拉应力最大,而北线拱顶的拉应力区最大,拱脚也出现明显的拉或压应力。建议在隧道洞口段的拱顶、拱脚及埋深最浅的部位应加强抗震设防。     

强震下地铁车站结构动力响应特性

研究地下结构在地震中的动力响应,对地铁的建设和安全运营有重要的现实意义.根据试验条件和Bockingham定理,作者确定了试验相似比,针对北京地区的地质条件和典型的地铁车站结构进行了大型振动台试验,并对得到的加速度时程进行了分析.通过分析,发现土与地下结构间存在相互作用,但地下结构不会表现出其自振频率,而是随着土体一起振动;在低强度地震下,地下结构对土体影响较小;在高强度地震下,地下结构对土体影响较大;峰值加速度的放大倍数不会超过2,且同一点的放大倍数基本保持不变;随埋深的增加,卓越频率和其振幅会减小,且加速度峰值也有相似的规律.     

交通荷载作用下边坡动力响应数值分析

利用岩土数值分析软件FLAC2D6.0对边坡岩土体在不同交通荷载作用下动力响应做了数值分析。结果表明:在交通荷载作用下,岩土体的振动加速度在震源附近最大,沿坡面向上以及向内水平向逐渐减小;离震源越近衰减越快,随着距离增大而逐渐变慢,并且交通荷载越大衰减的幅度越大;路面以上边坡岩土体垂直加速度和水平加速度处于同一量级,垂直加速度大于水平加速度;路面以下加速度比路面以上大一个量级,水平加速度和垂直加速度处于同一量级,并且水平加速度大于垂直加速度。研究结果对于评价交通荷载对边坡岩土体的影响及边坡的加固与治理具有一定的理论意义和工程应用价值。     

地铁荷载下粉性土动力特性研究进展

近年来中国各大城市为解决城市交通问题而大力兴建地铁工程,由此引发的工程环境问题也越发明显.本文对国内外地铁荷载作用下土体的动力响应理论、地铁荷载下粉性土动力特性试验以及地铁隧道长期沉陷等研究进行评述,分析和总结了地铁循环荷载作用下粉性土研究中存在的问题,并提出了今后研究的发展趋势.     

高边坡在水平动荷载作用下的动力响应规律研究

高岩石边坡在水平动荷载作用下的动力响应规律是有关工程界十分关心的问题。本文通过大量的数值模拟分析对边坡的动力响应规律进行研究，发现了高岩石边坡在水平动荷载下动力响应的加速度、速度、位移三量放大系数等值线在边坡剖面上分布的规律性特点。对于一定的岩土体材料，当边坡高度在一定时，边坡动力响应的加速度、速度、位移三量会随着边坡角度的增大而减小；当边坡的角度一定时，边坡动力响应的加速度、速度、位移三量会随着边坡高度的增加而放大；边坡的下覆岩层的材料特性对于边坡的动力响应的加速度、速度、位移三量的放大作用的影响具有一定的规律性；边坡动力响应的加速度、速度二量受动荷载的特征周期影响较位移明显，具有一定的规律性。边坡的边缘部位对振动的反应幅值较之内部存在放大现象，坡度决定了三量分布的等值线方向的走向。其结论性成果体现了高岩石边坡的地震动力响应特征，为高边坡工程提供理论基础和实践依据。     

盾构隧道纵向地震响应简化动力有限元法分析（英文）

本文重点关注对盾构隧道的纵向地震响应分析方法的研究,提出了一种简化的动力有限元分析方法。这种方法采纳了响应位移法的一些基本思想,采用和响应位移法一样的环梁和土弹簧模型,但采用动力有限元法来评估地基地震动,而摒弃了响应位移法中采用的地基振动为谐波形式的假定。与响应位移法相比,简化动力有限元法能够提高地基震动的计算精度,从而提高结构响应的计算精度;而与三维连续模型相比,新方法的计算规模小得多,从而能够大幅提高计算效率。然后,本文分别采用相应位移法和新提出的简化动力有限元法,对武汉长江隧道盾构段隧道进行了纵向地震响应分析,并对这2种方法计算结果的差异进行了分析。     

耦合地震动下地铁车站的动力响应研究

耦合地震动对地铁车站结构的响应较为复杂,本文运用有限单元法进行动力时程分析,研究地铁车站结构承受水平、竖向和双向耦合地震动作用下的动力响应规律.结果表明:(1)耦合地震动对结构相对水平位移影响较小,但对结构的相对竖向位移影响较大.(2)耦合地震动会减小中柱主应力值,但并未较大程度上改变中柱主应力值大小分布情况.(3)车...     

考虑水-饱和土场地-结构耦合时的沉管隧道地震反应分析

用理想流体介质模拟水层、流体饱和多孔介质模拟饱和土地层,在理想流体介质与流体饱和多孔介质相连接边界的连续条件基础上,结合已有的对理想流体介质、流体饱和多孔介质进行动力反应分析的显式有限元方法,开考虑地层与结构的动力相互作用,建立了进行水与场地、结构耦合动力分析的方法。利用该方法对沉管隧道的地震响应进行了研究,重点分析了水深、地质条件等因素对沉管隧道地震反应的影响,并从中得出了一些可供相关人员进行沉管隧道抗震分析时参考的结论。     

地震荷载作用下带裂纹重载铁路隧道的动态断裂

在隧道的施工和运营中,隧道衬砌不可避免会产生裂纹。裂纹和地震荷载的相互作用将加剧隧道的破坏,因此研究带裂纹隧道衬砌地震荷载作用下的破坏具有重要的意义。为了证明本文二维有限元数值模拟计算结果的正确性,首先用相互作用积分的方法计算动载作用下的静态裂纹,并与解析解进行比对,发现二者的吻合性很好。计算结果表明相互作用积分法可以用来精确地计算动载作用下带裂纹结构的动应力强度因子。用这种经过验证的方法来计算带裂纹重载铁路隧道衬砌的动应力强度因子和动承载力安全系数,可以看出在地震荷载作用下,I型裂纹的动应力强度因子在隧道结构的安全中起控制作用。当裂纹的长度大于某特定值时,隧道处于很危险的状态。     

侧向连续开孔地铁车站结构的三维地震响应研究

为了合理开发、利用地下空间资源,目前国内出现了一种新型的地铁车站结构形式:侧向连续开孔的地铁车站结构.因为车站边墙的开孔会削弱结构的整体抗震性能,所以有必要研究该结构形式的抗震能力.对侧向连续开孔的地铁车站结构建立了三维计算模型,通过研究其三维地震响应规律,确定了结构的薄弱部位,得到了地震荷载引起的结构内力的增幅.该研究成果可为今后此类地铁车站结构的抗震设计提供参考.     

盾构隧道横断面地震响应分析

随着盾构法在隧道施工中越来越广泛的应用,盾构隧道横断面抗震性能的研究日益受到业界关注。以武汉长江隧道为例,对土体采用D-P本构模型,盾构隧道结构采用梁-弹簧模型,建立盾构隧道横断面二维模型进行动力有限元计算,该模型顶部采用自由边界,侧面采用自由场边界,底部采用静态边界。选用0.1g的天津波和场地人工波作为激励,研究了盾构隧道结构的加速度、变形和内力响应。结果表明：盾构隧道的拱顶与拱底的加速度响应大于隧道左侧、右侧;隧道拱底的绝对位移响应最大;地震作用对隧道衬砌结构的内力增量较为明显。目前的隧道结构设计可以满足结构抗震性能要求。     

厂房下柱在垂直动载下的力学响应及稳定性

针对单层厂房桥式吊车起吊重物时对排架下柱造成冲击的现状,基于振动力学理论,分析垂直动载环境下吊车梁及下柱体组合体系的振动特征,得到下柱垂直位移的动态响应数学表达式,显示振动位移出现两次突增,其中第一次突增伴随位移方向的突跃性改变,成为下柱的最剧烈振动,整个振动持续时间约5.5s。结合具体算例探索相关因素对下柱位移的影响规律,发现增大柱体材质的粘滞系数、弹性模量以及动载衰减系数,可缩短振动时间、降低位移振幅、推迟乃至消除二次位移峰值;而增大起吊重量对振动时间不产生影响,但会使振幅显著增加。在此基础上,以垂直动载对振动系统作功为势函数,采用尖点突变理论建立下柱稳定性状态的判别式,并结合示例阐明通过判别式预测系统稳定时任一参量的方法。     

地震荷载作用下加筋土挡墙动力特性分析

利用有限元软件对加筋土挡墙在地震荷载作用下的动力特性进行模拟分析,重点分析其在不同加筋长度、加筋间距以及峰值加速度条件下的动力响应特性。通过有限元分析一个高6m、底部为基础土的加筋土挡墙在地震荷载作用下的行为,针对理想化墙体研究加筋土挡墙的某些动力特性。模拟计算结果表明加筋土挡墙的加筋长度、加筋间距以及峰值加速度的变化对其水平位移、沉降及受力有较大影响。采用长度大的加筋材料可以有效减小加筋土挡墙的水平位移,但这样将导致加筋拉伸荷载的增大,同时也将导致加筋土挡墙的隆起增大。峰值加速度的大小对加筋土挡墙的水平位移有很大影响,当峰值加速度增大时水平位移也随之增大,但并不呈线性增长关系。减小加筋间距会有效地限制加筋土挡墙面板整体的水平位移,但在一定范围内减小加筋间距也会使加筋区域内土体底部挡墙的水平位移出现相对增大的现象,因此通过减小加筋间距来限制加筋土挡墙的位移在一定程度上具有局限性。     

饱和土体-地下综合管廊结构地震响应分析

将土体视为固-液两相介质,基于饱和土体有效应力原理,建立饱和土体-地下综合管廊结构体系相互作用动力模型:在地应力平衡的静力状态下采用Duncan-Chang非线性弹性本构模型,在地震波作用的动力状态下采用Davidenkov非线性黏弹性本构模型;考虑饱和土体黏弹性动力人工边界条件,将地震动作用转化为作用在人工边界节点上的动力荷载。模型考察不同地震波时程、地震波加速度峰值、入射角度、孔隙率以及地应力场的影响,得出如下结论:(1)地震波的卓越周期与场地卓越周期相近时引起结构上的变形最大;随着地震波加速度峰值的增大结构变形增大;随着地震波入射角度的增加结构变形增大,地震波斜入射情况下产生的行波效应使得结构变形最大。(2)土体材料的孔隙水压力是影响地震中结构变形的主要因素之一。(3)将土体材料考虑为单相介质时结构上的变形要比考虑为固-液两相介质时大得多,直接将饱和土体场地中得到的地震波等效荷载施加到单相土介质-结构动力相互作用模型上,能够得到与完全基于有效应力法一致的结果。