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。     

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。     

复杂大型地铁地下车站结构非线性地震反应分析

以苏州地铁一号线的星海站为工程背景,对上层为五跨和下层为三跨的地铁车站结构的抗震性能进行数值计算,考虑了土体与混凝土的强非线性特性和土与结构接触非线性特性,分析了结构的层间位移反应特征和结构构件连接部位的应力反应规律,以及结构构件的动态损伤演化规律.研究结果表明:车站结构柱子底端的应力反应大于顶端的应力反应,边柱底端的反应大于中柱底端的反应,下层柱底的应力反应大于上层柱底的应力反应;车站结构的上层侧墙的顶底部结点的应力反应明显比下层侧墙的对应位置结点处的要大;车站结构顶板的中跨端部结点的应力反应明显比侧边跨和侧中跨的要大;车站结构中板的侧中跨端部的应力反应明显比中跨端点处的要大,同时中跨端点处的应力反应又要比侧跨端部的要大;下层右中柱及下层侧墙底部外侧均为破坏最为严重的区域.研究成果对提高该类地铁车站结构抗震性能的认识及其抗震设计水平提供合理的参考与指导.     

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。     

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。     

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.     

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的薄弱部位;连接处端墙存在对侧墙变形分布、地表沉降分布有一定影响;结构埋深,地震动频谱、幅值对连接处隧道应力响应有较大影响,结构周围土体的刚度在一定范围内对连接处隧道应力有较大影响。     

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。     

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。     

软土地区地铁车站结构的非线性地震反应分析

为了明确天津市软土地基对地铁车站的结构地震反应的影响规律,以天津市地铁3号线的昆明路站为工程背景,采用数值模拟分析的方法,研究了该地铁站的地震反应。通过建立二维平面有限元模型,分析了结构抗震薄弱环节及结构抗震性能的影响因素。研究结果表明:天津宁河波作用下结构中柱内力响应明显大于其他构件,且柱底连接处内力幅值最大,为结构抗震薄弱环节;周围土层的弹性模量及上覆土层厚度对结构抗震性能的影响更明显,而结构自身的等效弹性模量对结构抗震性能影响不明显。研究成果丰富了软土地区地铁车站抗震设计理论,对地铁车站的优化设计具有重要意义。     

ECC-BFRP加固地铁车站抗震性能研究

为提升高烈度地区地铁车站结构的抗震性能,文中以西安某黄土场地地铁车站结构为背景,提出应用ECC-BFRP复合层来加固地铁车站结构中柱。利用有限元软件Abaqus建立土-地铁车站结构相互作用体系三维有限元模型,分别对水泥砂浆（Mortar）加固、ECC加固、Mortar-BFRP和ECC-BFRP复合层加固情形下地铁车站结构以及未加固情形下地铁车站结构的地震反应进行了对比分析,获得了不同加固措施下地铁车站的位移响应以及整体和局部构件塑性发展变化规律。研究结果表明：采用ECC-BFRP复合加固可有效提升地铁车站中柱的刚度,减小车站的整体地震反应;同时,中柱的塑性发展程度明显减小,其它构件的塑性应变分布较为均匀,车站的抗震性能得到了有效提升。研究成果可为地下结构抗震加固设计提供重要参考。     

叠合装配式地铁车站结构地震动力响应及减震措施研究

地铁车站结构的减隔震技术目前仍处于起步阶段,缺少针对各类车站减隔震技术机理的系统性研究,故在“双碳”背景下开展装配式地铁车站的减隔震技术研究具有重要科学意义。以新型的“预制+现浇”的地铁车站为背景,建立叠合装配式地铁车站结构的有限元模型;以提升结构中柱抗震性能为目的,在中柱端部设置弹性滑移支座;利用动力时程分析法对比分析不同减隔震措施对叠合装配式车站结构地震响应特性的影响。结果表明：隔震支座的设置改善了车站结构的传力机制,抗震性能更好的侧墙承受了更多的地震荷载,有效地削弱了结构中柱的地震损伤程度;当隔震支座设置在柱顶时,整体隔震效果最为合理;隔震支座的摩擦系数对叠合装配式车站的抗震性能影响明显,且摩擦系数越小,对提高结构中柱的抗震性能越有利。研究结果可为类似地铁车站结构的减隔震工程提供参考。     

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。     

黄土地区地铁地下车站地震变形特性研究

在黄土场地与地铁地下结构动力相互作用的振动台试验中,测得地铁车站结构的应变反应。基于实测数据分析地铁车站的应变反应特征,对比不同观测面内应变反应,分析地铁车站应变反应的空间效应,对地铁车站地震破坏特点进行描述。结果表明:随输入峰值加速度增加结构应变增大;西安人工波作用下结构应变大于松潘波和Taft波作用下的应变。结构内应变表现为中柱较大,侧墙居中,顶、底板较小。地震动较小时,中柱应变表现为上层柱顶大于柱底,下层柱底大于柱顶,且上层柱顶大于下层柱底;侧墙顶、底部应变较大,中部较小;板构件两端应变较大,中部较小。受结构端部效应及土结相互作用中倾斜与扭转的影响,地铁车站应变反应具有显著的空间效应,在低频成分较发育的西安人工波作用下应变反应的空间效应更显著。研究结论可为黄土地区地铁地下结构的抗震设计及相关理论研究提供重要参考。     

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.     

软土层厚度对地铁车站结构地震反应的影响规律研究

为了明确软土层厚度对地铁车站结构地震反应的影响规律,本文中对常见的两层三跨岛式地铁车站结构侧向和底部地基中存在不同厚度软土层时9种软场地条件下地铁车站结构的地震反应进行了数值模拟分析。由本文和作者之前对软土层埋深影响地铁车站结构地震反应的共同研究结果来看：软土层位于地铁车站结构侧向地基时对地铁车站结构的抗震是非常不利的,尤其是软土层位于地铁车站结构侧向地基底部时最为不利,而当软土层位于地铁车站结构底部地基中时对其抗震性能一般是有利的,起到消能减震的作用;当软土层位于地铁车站结构侧向地基顶部时,随着软土层厚度的变大,对地铁车站结构抗震性能的影响越是不利且影响程度越大,而当软土层位于地铁车站结构侧向地基底部和底部地基中时,软土层厚度的变化对地铁车站结构抗震性能的影响规律并不具有很好的一致性。     

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。     

土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验研究

以南京地铁为背景,开展了深厚软弱场地土-地铁地下结构动力相互作用的大型振动台模型试验研究。在试验中获得的主要数据有:模型体系的加速度反应时程、模型结构的应力反应时程和结构表面的土压力时程等。本文对试验反映的地铁车站结构的动力反应规律及其周围模型地基的地震反应规律进行了分析。结果表明:车站结构的中柱应变反应明显大于别的构件,同时,深厚软弱地基上车站结构侧墙底部的应变反应也明显大于侧墙顶部的反应,其中,车站结构顶板、中间层楼板和底板的应变反应都很小;输入地震动的频谱特性对车站结构应变反应的影响是不同的,在同一加载情况下,在台面输入傅氏谱频宽最大的南京人工波时车站结构应变反应最大。     

土-大型地铁地下车站结构动力接触效应研究

以苏州地铁一号线的星海站为工程背景,考虑土与地铁车站结构非线性动力相互作用效应,分析了土与地下结构接触面的动力分离与滑移效应、土与地下结构接触面上动土压力和动摩擦力的分布规律与反应幅值,以及动力接触效应对地铁车站结构动力反应的影响规律。研究结果表明：强地震发生时,在地铁地下车站结构侧墙顶端,出现了土与结构接触分离现象,在车站结构顶底板处,土与结构产生了相对滑移现象;考虑动力接触效应时,地下结构总体动力反应是变小的。给出了车站结构侧墙上动土压力分布规律及其动土压力系数,以及车站结构顶底板上的动土压力分布规律及其反应幅值。研究结果对进一步了解土与地下结构的动力接触效应及其对地下结构动力反应的影响,具有一定的参考价值和指导意义。     

变截面地铁地下车站三维地震反应特性数值模拟

基于ABAQUS软件的96CPU显式有限元并行计算集群平台,建立地基土—变截面地铁地下车站结构体系三维非线性地震反应分析有限元模型,数值模拟Kobe地震记录、Mex地震记录和100年超越概率3%的南京人工地震波作用下,软弱地基上变截面地铁地下车站结构地震反应特性。结果表明:地下结构上部土层地表处峰值加速度小于不含地下结构土层表面峰值加速度;地震动作用下模型地基呈现出显著的低频聚集(放大)、高频滤波效应;地震动在穿越地下结构时,出现散射等复杂传播行为。变截面地下结构(上宽下窄型)的下层结构地震响应大于上层结构,下层结构中柱的应力峰值大于楼板和侧墙的应力峰值,侧墙的应力峰值大于楼板的应力峰值。上层结构中柱的应力峰值最大,变截面处侧墙应力峰值次之,楼板应力峰值最小。输入地震动的峰值加速度和频谱特性对地下车站结构的地震反应均有很大影响;地下车站结构的地震反应具有明显的空间效应。