四种地下结构抗震设计简化分析方法对比

在地下结构抗震设计简化分析方法中,强制反应位移法将土层变形施加在有限元模型侧边界模拟地震作用,反应加速度法将土层加速度施加到整个有限元模型上模拟地震作用,此外还有仅将土层加速度施加到土层模型上模拟地震作用的方法。上述方法均规避了反应位移法中关于弹簧刚度的取值问题,提高了计算效率。本文以1个双跨箱形结构为例,用动力时程分析的计算结果作为校核,分析了强制反应位移法、反应加速度法和仅将土层加速度施加到土体中的简化分析方法在不同侧边距条件下的计算精度,再结合常用的反应位移法,对比分析了4种简化分析方法的误差。分析结果表明:使用强制反应位移法时,侧边距取为1倍结构宽度导致的误差最小,反应加速度法和仅在土体施加加速度的简化方法对侧边距取值不敏感,反应位移法在角点造成的误差最大。     

不同场地条件下的土层地震反应对比分析

选择新疆地区的地震动衰减关系,采用概率方法计算了位于同一构造区的两个场地(A场地和B场地)的地震危险性,两个场地以基岩峰值加速度为标志的场地地震危险性结果相近。通过现场勘察与检测,场地A与场地B均为岩性不同的两个一元结构,岩性分别以砂砾石和粉土为主。采用一维土层反应等效线性化的计算方法得出场地A和场地B的土层反应。通过地震反应谱的特征分析,表明硬场地和软场地的强度和周期(或频率)特征是不同的,同时讨论了它们测试与判定中存在的问题。     

地下结构抗震与减隔震研究进展与展望

为进一步了解国内外关于地下结构抗震与减隔震的研究现状,首先,基于CiteSpace软件对文献展开量化分析,明确该领域研究历史发展脉络和进展;然后,对地下结构地震反应分析涉及的原型观测、理论分析、模型试验、数值模拟进行阐述,并综合分析不同研究方法的优缺点与适用情况;最后,从地下结构抗震与减隔震方面,总结国内外关于减轻强震区地下结构震害技术措施的研究成果,并对城市地下结构抗震韧性提升及未来需开展的研究工作进行展望。     

含软弱夹层场地中地下结构抗震分析的反应位移法误差分析

反应位移法是《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909—2014)和《地下结构抗震设计标准》(GB/T51336—2018)在均质场地或简单成层场地中推荐使用的地下结构抗震简化分析方法,对于软弱夹层场地中其适用性有待商榷。本文基于ABAQUS有限元分析软件,构造了一般成层场地和含软弱夹层场地,采用土-地下结构整体动力时程分析方法获得了不同工况下地下结构的地震反应。以此为基准,评价分析了反应位移法在含软弱夹层场地中的适用性。结果表明：较一般成层场地而言,含软弱夹层场地中反应位移法所得出的结构反应与动力时程分析方法相比误差更大,在含软弱夹层场地中反应位移法适用性显著降低;从地基弹簧、土层剪力和结构惯性力三方面分析了误差产生的原因,给出了含软弱夹层场地中可使用整体式反应位移法提高计算精度的建议。     

地下结构抗震计算地基弹簧系数取值方法研究

荷载-结构模型是地下结构抗震计算中常采用的模型,模型中地基弹簧系数的确定是关键。为了简便、可靠地计算地基弹簧系数,在已有基床系数计算公式的基础上,建立了地基弹簧系数的经验计算公式,以有限元分析结果为数据基础,对公式的系数进行拟合,将公式拓展用于成层土体。选取算例验证了建议公式的合理性和准确性,分别采用建议公式、日本抗震准则公式以及有限元法计算了某地铁区间站结构的地基弹簧系数,并对在此基础上计算所得的地震作用下结构的内力进行了对比分析。     

地铁地下结构在轴向传播剪切波作用下反应的简化计算方法

求解地铁地下结构的隧道-土体系统在沿轴向传播的剪切波作用下的反应一般使用常规的拟静力方法,该方法只能简单考虑系统的静力刚度特性而忽略了波的传播对于土体刚度的影响。通过动力有限元分析发现,此方法在某些情况下可能引起很大的误差。在研究了隧道-土体系统的动力相互作用机理的基础上,本文提出了一种对于此类动力反应问题的简化计算方法和相应的经验公式。本方法能够全面考虑隧道-土体系统的运动相互作用和惯性相互作用,通过与动力反应分析结果的对比发现,它具有令人满意的精度;由于采用了与传统拟静力方法相似的简单形式,这种方法容易在设计实践中得到应用。     

地下结构强制反应位移法和反应加速度法的对比分析

首先基于地震作用下地下结构的变形受周围地基土变形控制这一相互作用特征,在反应位移法的基础上讨论两种简化分析方法:一种是将土层变形施加在模型边界模拟地震作用;另一种是将土层加速度施加到整个模型上模拟地震作用。这两种简化分析方法都避免了反应位移法中弹簧刚度的取值问题,提高了计算效率。其次分析不同地震动强度、不同侧边距的计算结果,并用动力时程分析的计算结果校核,分析两种简化计算方法的精度。结果表明:随着地震动强度的增加两种简化分析方法的计算结果都令人满意,使用强制反应位移法时建议侧边距取两倍结构宽度,使用反应加速度法时建议侧边距取三倍以上结构宽度。     

液化场地桥梁群桩基抗震分析简化方法

基于已完成的液化场地土—桩—桥梁结构地震相互作用振动台试验,利用两步法、等效单桩法,建立了液化场地群桩基础抗震分析的动力非线性文克尔地基梁模型。该模型考虑了桩—土相互作用的影响。首先,按照等刚度原则将群桩简化为等效单桩;其次,选用弹簧元件和阻尼原件并联的宏单元模拟桩—土动力相互作用;然后,计算地震作用下自由场地的土体位移和孔压比;最后,将地震作用下自由场地土体位移和孔压比作为模型的外部激励,计算桩的动力反应规律。将简化方法计算结果与液化场地桥梁桩基振动台试验结果进行对比发现,两者吻合较好,验证了简化方法的正确性。     

地下结构抗震研究现状及展望

地下结构的振动特性与地面结构有很大不同,针对于地下结构特点的抗震分析方法日益受到重视,近年来取得了很大的进展.简要总结了原型观测方法的特点及研究现状;详细介绍了理论分析方法的基本原理及主要的实用抗震分析方法;对近些年来地下结构振动模型实验方面取得的成果进行了综述;对地下结构抗震研究方法的未来发展趋势进行了探讨.     

地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数研究

场地条件对地震动特性影响显著,在抗震设计反应谱的确定过程中,需根据场地条件对加速度反应谱予以相应的调整。已有场地条件影响调整方案研究成果,均基于数值模拟或局部地区强震动记录统计,多数仅给出了峰值加速度PGA场地条件影响调整系数,对非线性的考虑缺乏观测数据依据。为此在全球强震动记录统计获得的PGA归一化加速度反应谱和日本钻井台阵记录获得的加速度反应谱平台值非线性衰减指数的基础上,结合钻孔模型数值模拟和近期研究成果,建立了考虑场地条件影响非线性的地震动加速度反应谱场地条件影响调整系数方案。     

地下结构地震反应规范计算方法的对比分析

随着地下空间大规模开发利用,地震灾害对其造成的潜在威胁不容忽视。基于《城市轨道交通结构抗震设计规范(GB50909-2014)》和《地下铁道建筑结构抗震设计规范(DG/TJ08-2064-2009)》建议的分析方法,选取惯性力法、反应位移法(国家规范法、上海规范法)、动力时程方法(线弹性方法、等效线性化方法)三类共5种计算方法,以典型两层双柱三跨地铁车站结构为分析对象进行地震反应的对比验算,对上述计算方法的适应性进行评价。分析结果表明,与动力时程方法相比较,惯性力法计算得到的侧墙剪力值偏大,中柱结果较为接近;对于反应位移法,国家规范方法和上海规范方法的计算模型略有不同,但两者计算结果基本相近,其中土体强制位移、集中地基弹簧、土体动剪切模量等参数取值对计算结果影响显著;对于动力时程方法,线弹性方法和等效线性化方法的结果较为接近,且变化趋势相同。     

特殊复杂场地条件下桥梁结构地震易损性研究现状及发展趋势分析

考虑到桥梁地震易损性分析中场地条件影响的不确定性,本文主要针对流水冲刷环境、可液化场地、近断层场地、氯盐侵蚀环境和冻土场地等特殊复杂场地条件对桥梁结构地震易损性的影响特征和机理进行了总结归纳,并提出了尚待进一步研究的关键问题.结果 表明:特殊场地地震响应的复杂性和桥梁结构的特殊性相叠加,给复杂场地条件下桥梁的抗震性能评...     

基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法

对地下结构抗震Pushover分析方法进行了改进,采用自由场局部变形峰值作为目标位移,局部变形峰值时刻对应的土层水平加速度作为等效惯性加速度输入。给出了局部变形峰值和等效惯性加速度确定方式,详细介绍了基于自由场局部变形的地下结构抗震Pushover分析方法实施步骤、使用方法和功能特点。该方法更有针对性地考虑了强地震作用下不同埋深地下结构与土体的非线性特征以及两者之间的相互作用,通过分析变形和受力情况可以得到完整的能力曲线,更好地评估地下结构抗震性能。使用本文方法对3种埋深的地下结构进行计算,并与动力非线性分析结果进行对比研究。结果表明:本方法在计算稳定性和模拟精度方面优于基于自由场整体变形的Pushover方法;对于不同的输入地震波,能力曲线的吻合程度更高;在强震和罕遇地震情况下,对于深埋地下结构,计算结果略大于动力非线性结果,对实际工程而言更加安全。     

黄土地区地铁地下结构抗震研究综述

介绍了地铁地下结构抗震研究的发展历史、研究现状及黄土地区地铁地下结构抗震的相关研究,总结归纳出地震作用下地铁地下结构的地震破坏形式与地震反应特征;对地铁地下结构的不同抗震研究方法进行对比研究,指出各种研究方法的优缺点与适用情况。针对我国黄土地区地铁地下结构抗震分析理论研究不足,基础资料积累欠缺,抗震设计尚无可靠依据的实际情况,探讨了黄土动力本构模型、黄土与结构动力相互作用、离心机振动台试验研究及抗震分析方法等因素对黄土地区地铁地下结构抗震研究可靠性的影响,提出黄土地区地铁地下结构地震动力反应分析、地震破坏机理分析、抗震性能分析及抗震设计中需要深入研究的关键问题。     

基于土层结构的场地分类方法

本文在详细研究了不同土层结构在不同地震动输入下的地表反应谱的平台值和特征周期的基础上,提出了基于土层结构的场地分类的初步方案。本方案给出了在现行建筑抗震设计规范四类场地划分的基础上,进一步考虑软弱夹层在底部、中部和上部3种情况的场地分类方法。本文的结果对进一步推动场地分类的研究具有一定的意义。     

地形效应对于核电场地地震反应分析影响研究

目前,在进行核电场地安全性评价时,主要采用一维等效线性化程序LSSRLI-1,而一维等效线性化方法在考虑地形效应时有很大的局限性,特别是在研究场地地形效应的影响时偏差较大。对于抗震设计要求远高于一般建筑的核电站来说,选用合适的方法进行二维建模分析是非常必要的。选取了某核电场地典型剖面15个钻孔资料,在MIDAS二维等效线性分析环境下进行了建模,并选取了以年超越概率10^-4合成的地震动中10条最大样本时程作为基底输入进行分析。通过与LSSRLI-1的计算结果进行对比,研究了地形效应对地表和核岛基础处（8.5m）加速度反应谱的影响,并提出了设计建议。分析得出:二维分析中地形效应对地表加速度最大值反应谱的双峰形态影响较大,并且计算结果对AP1000谱的超越情况有所变化;对核岛基础处（8.5m）峰值加速度的影响程度比地表要小,没有表现双峰形态变化较大的形态。     

地下结构地震反应规律和抗震设计方法研究

随着城市轨道交通系统,尤其是地铁的大规模建设,城市轨道交通系统的安全问题已经成为重中之重。地铁系统要在长时间的运行周期内保证安全,就必须具有良好的抗震性能。对于地下结构抗震问题,模型试验和数值计算是必不可少的两种手段,合理且简便的抗震设计方法是研究所要达到的目标,而地下结构周围土体材料的非线性动力本构模型是研究中的难点。本文对地下结构的地震反应规律和抗震设计方法进行了深入研究,取得了如下研究成果:(1)土的本构模型。根据Hardin和Drnevich提出的土体动应力-应变关系曲线以及其在非等幅往返荷载作用下的Pyke修正,结合Dafilias和Popov等人提出的边界面理论,构造了基于Hardin曲线的土体边界面本构模型,并在ADINA中利用自定义材料的二次开发实现了该本构模型。(2)二维有限元动力计算。采用Opensees对饱和砂土场地的地震反应进行了非线性动力有限元分析,并通过改变土性、地震动幅值、持时、频率等因素后数值模拟的对比,分析了各因素对可液化场地地震反应的影响;然后对饱和砂土中带中柱箱型隧道的地震反应进行了输入不同幅值地震动时的动力计算,分析了场地和结构的加速度反应及其频谱特性、场地的永久变形、隧道的变形和位移、以及隧道的内力分布,揭示了可液化土层中箱型隧道的地震反应规律和震害机理。(3)饱和砂土中地下结构地震反应振动台试验。完成了饱和砂土中地下结构地震反应的振动台试验,从孔压、土层加速度、土层频谱、地下结构加速度、地下结构频谱、动土压力和地下结构应变等方面分析了试验结果,并观测了宏观的试验现象,分析了饱和砂土场地以及其中埋置的地下结构的地震反应规律。(4)三维有限元动力计算。在Opensees计算平台中建立了穿过饱和砂土和粘土分界面箱型隧道的三维有限元模型并且进行了动力数值计算,对比分析了分界面两侧的土层和隧道的地震反应,此外,亦分析了沿隧道纵向地表竖向位移、隧道变形和隧道内力的分布,揭示了饱和砂土和粘土对隧道地震反应的不同作用,探索了穿过饱和砂土和粘土分界面的箱型隧道的地震反应规律和震害机理,对实际工程建设中此类隧道的抗震研究具有重要意义。(5)地下结构横截面抗震设计方法。详细介绍了反应位移法的原理和具体内容,以动力时程计算的结果作为参照,比较了几种地基弹簧参数取值方法计算结果的准确性;然后在反应位移法的基础上提出了大震下地基弹簧参数取值的非线性修正,并对其计算结果进行了验证;最后又依据地基弹簧参数取值的非线性修正,进而提出了基于反应位移法的地下结构简化pushover分析方法,并根据一具体算例对其计算结果进行了验证。(6)地铁隧道纵向抗震设计方法。介绍了几种常见的隧道纵向抗震设计方法,例如,BART法、质点-弹簧模型法和反应变位法等;然后将桩-土相互作用的p-y曲线弹簧引入到了地铁隧道的纵向抗震设计中,建立了超长隧道-地基土相互作用的p-y弹簧模型,并且通过对该模型的Pushover分析给出了地铁隧道的一种纵向弹塑性设计方法;最后通过多点激励对超长隧道-地基土相互作用的p-y弹簧模型进行了动力数值计算,得到了隧道纵向内力和变形的一些规律。     

刚性桩复合地基抗震计算的一种简化方法

应用广泛的刚性桩复合地基目前其抗震设计还没有足够简便的计算方法,工程设计中对其抗震设计往往予以回避。本文首先介绍了笔者之前的一种对刚性桩复合地基进行抗震分析的拟静力方法,进而对其中有关上部结构惯性作用对桩身内力影响的计算部分进行了进一步简化,之后通过多种设计工况及实际土层条件下的计算对比,验证了改进方法的可行性。还对上部结构惯性作用的影响深度、地基分层对桩身内力的影响等进行了讨论。