浅基岩场地条件下地下结构抗震分析简化方法计算精度研究

为研究浅基岩场地条件下地下结构抗震分析简化方法计算精度,采用反应加速度法和反应谱法计算2层3跨和2层2跨矩形地铁车站结构在均质场地和浅基岩场地条件下的地震响应,将动力时程分析法结果作为参考解,对比分析反应加速度法和反应谱法在不同场地条件下的计算精度。研究结果表明,在均质场地条件下,反应加速度法最大误差约18%,反应谱法最大误差约9%;在浅基岩场地条件下,反应加速度法最大误差约33%,反应谱法最大误差约16%;反应谱法和反应加速度法在浅基岩场地条件下的计算精度均小于均质场地条件,且反应谱法计算精度受场地条件的影响较小。     

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。     

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。     

地下结构工程抗震分析方法综述

我国地下结构工程发展很快,但其抗震分析的研究还存在着亟待解决的问题。本文简单说明了地下结构工程抗震发展历史和地震反应的特点,并详细介绍了地下结构抗震分析方法的三种分类,以及具体方法的原理,以此加深人们对地下结构工程抗震分析方法的认识,引起人们对地下结构工程抗震的重视。     

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。     

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。     

几种push-over分析方法对比研究

Push-over方法是一种静力非线性计算方法，是近年来在国内外得到广泛研究应用的用于评价结构抗震能力的新方法。采用这种方法计算结构的弹塑性地震反应将会逐渐为广大的工程设计人员所接受，但目前对于这种用静力的方法去预测结构的动力反应，其可靠性如何一直是许多学者所关注的，而且对于现有的几种方法的优劣也没有给出综合的评价。本文在国内外有关理论和方法的基础上，对几种push-over分析方法进行了简要评述，并通过分析计算对其中有代表性的能力谱方法、位移影响系数法和适应谱push-over方法进行了详细的对比研究。指出了其中存在的问题，试图寻找并推荐一种比较好的方法。结果能够实现这一目标，对于push-over方法的发展将会有一定的推动作用。     

地铁地下结构抗震性能及分析方法研究

随着全球经济建设的快速发展,地下空间的利用已经成为学术界重要的研究课题。越来越多的震害表明,地下结构在强震作用下并不一定安全,甚至发生严重破坏。1985年墨西哥8.1级地震,1995年日本7.2级阪神地震以及2008年我国四川汶川8.0级地震都造成了大量的地下结构的损坏。研究地震作用下地下结构的稳定问题是当前岩土工程研究的热点课题之一,具有重要的理论和实际意义。地铁是现代城市的重要交通工具,是公众较为集中的地下空间,其安全稳定性受到了政府和社会的极大关注。本文以地铁地下结构为研究对象,对地下结构抗震研究的主要方法进行了系统的总结,对其中存在的问题及发展方向进行了讨论和评述;对三维有限差分程序FLAC3D的基本原理、功能及其在岩土工程抗震中的应用进行了详细的介绍;对地铁地下结构的抗震性能、震害机理以及实用抗震分析方法进行了深入的研究,主要成果如下:     

地下结构抗震性能土工模型箱拟静力试验中土体尺寸的影响研究

随着地下空间的开发和地铁、隧道等地下结构的大规模建设,地下结构的抗震性能受到重视。相比于地上结构抗震性能研究的丰富成果,地下结构抗震性能的研究还远远落后,试验成果相对缺乏。地下结构土工模型箱拟静力试验可以较为合理地反映土与结构的相互作用,是一种适用于地下结构抗震性能研究的试验技术手段。在该试验中,模型箱内土体的尺寸是重要的试验参数,可能会对试验结果产生重要影响。因此,如何确定合理的土体尺寸是地下结构土工模型箱拟静力试验中应该研究的重要内容之一。文中以地下单跨结构为例,通过数值模拟研究了地下结构土工模型箱拟静力试验中土体尺寸对试验结果的影响。结果表明,地下结构土工模型箱拟静力试验中土体尺寸对地下结构抗震性能产生影响,地下结构抗震性能拟静力试验中结构周围的土体不宜忽略;在这一试验中存在一个合理的土体尺寸取值范围,当模型箱内的土体尺寸控制在该范围内时,既可以有效反映土体对地下结构的约束作用,又可以合理地反映地下结构的受力状态,确保获得可信的试验结果,同时有助于适当减小试验中的用土量。文中通过对比分析,给出了典型地下单跨结构拟静力试验中土体尺寸的建议取值。研究结果对地下结构土工模型箱拟静力试验...     

基础隔震结构抗震可靠度简化分析方法

选用胡聿贤平稳地震地面运动模型作为基础隔震结构的随机地震动输入,采用Bouc-Wen模型描述隔震结构的层间滞变位移,将滞变体系动力特性矩阵随机等效线性化,并建立等价线性状态方程。引入左右特征向量系,对振动微分方程进行解耦,推导了基础隔震结构随机地震响应的统计矩解析解。采用变形失效准则,定义了上部结构和隔震层的功能状态极限函数。在此基础上,采用首次超越破坏模型,基于Possion分布假设和串联系统可靠度模型,建立了从整体上评价基础隔震体系抗震可靠度的简化分析方法。最后,通过一个基础隔震框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。     

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。     

地下结构抗震分析的振动法与波动法对比研究

针对地下结构抗震分析中应用广泛的波动方法与振动方法,从物理方程和有限元格式出发,明确了两种方法的区别与联系。通过标准数值试验,证明了振动方法是波动方法采用下卧刚性基岩假设和地层水平无限延伸假设,仅考虑SV波垂直向上入射的一种特例。采用波动方法模拟弹性地基,对比振动方法结果,表明弹性地基和刚性地基上地表位移响应和隧道结构内力响应均有显著差异。建议应根据具体场地条件,选择振动或波动方法进行地下结构抗震设计研究。     

用于地下结构地震反应分析的改进反应加速度法

为考虑结构的存在对反应加速度法中地震输入荷载的影响,基于《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB 50909—2014）中的反应加速度法,提出将土-结构模型转换为自由场模型的等效方式进行地震反应分析。采用等效自由场进行地震输入荷载计算,近似地考虑了结构的存在对地震输入荷载的影响,以期提高反应加速度法的计算精度。使用有限元软件ABAQUS,采用改进前后反应加速度法对日本大开车站不同工况下的地震反应进行计算。研究结果表明,采用等效自由场计算的地震输入荷载有效提高了反应加速度法的计算精度。在验证等效方式有效性的基础上,分析等效模型宽度的选取对反应加速度法计算结果的影响,建议等效模型边界至结构侧边的距离取为1～3倍结构宽度。     

斜入射条件下地下结构时域地震反应分析初探

通过采用平面波和远场散射波混合透射的应力人工边界条件,得到了地震波斜入射的解析方式,以此为基础建立了地震波斜入射条件下,土体与地下结构动力相互作用的时域计算分析模型。以实际建设的南京地铁某车站结构为研究对象,应用大型通用有限元分析软件ANSYS,进行了地震波斜入射条件下地下结构时域地震反应的计算和分析。初步结果表明:在地震波斜入射的情况下,地下结构的动力反应与地震波垂直入射时有较为明显的差异。     

基于分体柱的地铁车站结构抗震性能研究

浅埋地下车站结构中柱和地面高层结构底层中柱相似,地震作用下均需承担较大的竖向压力,易因变形能力不足发生脆性破坏。在某2层3跨地铁车站结构中引入地面高层结构中的分体柱设计理念,形成新型地下车站结构抗震体系。首先,通过拟静力推覆分析对比了传统钢筋混凝土中柱和分体柱在轴向压力作用下的水平变形特性;然后,建立了土-结构相互作用的拟静力推覆分析有限元模型,从关键截面内力、关键构件变形能力、关键构件塑性损伤等角度对比了传统钢筋混凝土中柱和分体柱的地下结构抗震性能差异。研究结果表明,将分体柱应用于2层3跨地铁车站结构中可提高整体结构抗震性能,其工作机理是避免分体柱承担过大的剪力和弯矩,并充分发挥分体柱竖向支撑能力和水平变形能力。     

Dynamic Properties of Long Large Cross-section Underground Structures in Dynamic Seismic Analysis

Seismic safety of underground structures is one of the main concerns in underground space exploitation.As the first step for dynamic seismic response analysis,the free vibration of long large cross-section underground structures is studied in the present paper.The general free transverse vibration motion equation of long large cross-section underground structure is derived with the comprehensive consideration of internal and external damping,effects of shear,cross-sectional rotational inertia and axial forc...