浅埋地下结构耐震时程分析法最优持时研究

为研究持时对地下结构耐震时程分析结果的影响,选取II类和III类工程场地中典型的两层三跨地铁车站为原型,以基岩场地地震动均值反应谱为目标谱,构造了6种典型持时的耐震加速度时程曲线作为输入。通过将耐震分析结果与增量动力分析基准结果对比表明,耐震加速度时程曲线的持时对分析结果影响显著。根据目标时间点与地震动能量指标阿里亚斯强度值的变化规律,给出了最优目标时间点的确定公式并进行验证。由研究结果可知,对于II和III类工程场地,耐震时程曲线较优持时分别为30s和45s;给出的目标时间点的确定公式对上述两类场地中的地下结构抗震性能评价具有一定适用性,当构造的耐震时程曲线在目标时间区段内的能量值与实际地震动的能量值较为接近时,耐震时程分析结果最为精确。     

基于ETM的钢筋混凝土框架结构抗震分析

ETM是通过对结构输入一条随着时间增加,地震动强度不断增大的地震动加速度时程曲线,进而分析结构从弹性响应到倒塌状态的整个过程。本文基于ETM合成了三条符合我国抗震规范反应谱的耐震时程加速度曲线,并对其反应谱进行了误差分析。使用SAP2000建立一个六层钢筋混凝土框架结构弹塑性模型,并对模型塑性铰设置的可靠性进行验证,最后对结构进行耐震时程分析和增量动力分析,对比分析两种方法得到的最大顶点位移、最大层间位移角、最大基底剪力等结构响应结果。结果表明,合成的耐震时程加速度曲线合理可靠,模型符合分析要求,耐震时程法能较好的预测结构的地震响应,其分析结果与增量动力分析基本吻合,且计算效率高。     

地震动强度参数与地铁车站结构动力响应指标分析

影响地铁车站动力响应的地震动强度参数有多种,研究地震动强度参数和结构地震响应指标的关联性对地下结构抗震设计具有重要的现实意义。为了研究近场地震动作用下适用于评价地铁地下车站的地震动强度参数,以大开地铁车站为原型,基于非线性时程分析结果,通过对22个地震动强度参数与结构地震响应指标进行双对数线性回归分析,从有效性、实用性和效益性对地震动强度参数与结构地震响应指标进行分析评价。研究结果表明:以地表峰值加速度PGA为代表的加速度型地震动参数以和加速度谱强度ASI为代表的谱相关型地震动参数更适合用于研究单层地铁车站结构,适合用于预测结构在地震作用下的动力响应;顶底板层间位移角、中柱底部剪力和中柱底部弯矩适合作为预测地铁地下结构的动力响应指标。     

基于耐震时程分析法的高效地下结构地震易损性分析

为研究基于耐震时程分析法对地铁车站进行高效地震易损性分析的可行性，选取Ⅲ类工程场地中典型两层三跨地铁车站作为研究对象进行地震易损性分析。为反映所构造的耐震时程曲线具有所选天然地震记录的离散特性，借鉴IDA分析中分位数回归统计方法，分别以所选实际天然地震记录反应谱的16%,50%,84%分位值作为目标反应谱，各自构造3条人工耐震时程曲线作为有限元模型输入，并基于耐震时程分析结果与IDA结果绘制各级性能水准下的地铁车站地震易损性曲线。结果表明：在Ⅲ类工程场地中两种方法计算得到的地下结构各级性能水准地震易损性曲线吻合良好。因此，考虑输入耐震时程曲线离散特性的耐震时程分析法能够显著降低地下结构进行地震易损性分析过程中的非线性动力时程计算次数，并保证较高的计算精度；同时也验证了基于地震记录反应谱的分位值构造一系列具有离散特性耐震时程曲线进行易损性分析的思路是可行的。     

浅埋地铁车站地下框架结构抗震设计的最优地震动强度指标

本文旨在研究浅埋地铁车站地下框架结构概率地震需求分析中的最优地震动强度指标。基于ABAQUS/Standard软件平台，建立地下框架结构土-结构相互作用分析的二维模型，采用非线性动力时程分析方法获得了3种断面的地铁车站框架结构在22条远场地震动记录激励下的非线性地震反应数据。以峰值层间位移角作为结构损伤参数，基于效率性、实用性、有益性及充分性对15种地震动强度指标进行了检验分析。结果表明：PGA最适合作为地震动强度指标进行浅埋地铁车站地下框架结构的概率地震需求分析，速度反应谱与PGV可作为备选强度指标；PGD、位移均方根、速度平方积分，与位移平方积分等强度指标均未能满足充分性检验，不适用于浅埋地铁车站地下框架结构概率地震需求分析。上述结论可对指导浅埋地下结构基于性能的抗震设计、发展和完善现有地下结构概率地震需求模型地震动强度指标的确定方法提供有价值的参考。     

高层钢—混凝土混合结构抗震分析的耐震时程方法

本文以一典型的钢-混凝土混合结构为研究对象,应用耐震时程法(ET法)对其进行抗震分析计算与评估,并将计算与评估的结果与一般动力时程分析(THA)方法、增量动力弹塑性时程分析(IDA)方法、模型振动台实验方法得到的结果进行了对比。同时,进一步探讨了ET法计算中输入加速度时程曲线生成的不确定性及其对钢-混凝土混合结构抗震性能评估的影响。结果表明:ET法的结构抗震性能评估结果较THA方法更为可靠,采用结构各楼层的最大层间位移角或结构的最大顶点位移作为指标可以得到与IDA方法相当的地震损伤评估结果,并且计算效率大幅度提高。此外,初始波的选取对输入地震动加速度时程曲线生成的影响不能忽略,建议采用4条以上输入人工波进行耐震时程计算并取其极值或均值作为结构抗震性能评估的依据。     

双层地铁车站的强地震反应分析

采用动力时程分析法对一双层地铁车站进行了地震反应分析.结果表明,地震引起的地基变形是影响地下结构动力反应的决定性因素,结构峰值变形反应与自由场峰值变形反应之间近似存在简单的线性关系.与地上框架结构相比,地下结构的地震变形反应相对较小,但内力反应很大.此外计算结果还显示,相对于设计基本地震加速度,地面与基岩间的水平峰值相对位移（PGRD）对于地下结构抗震分析及设计而言是一种更为合理有效的设计地震动参数.     

地震动强度指标选取对IDA结果的影响

增量动力分析(IDA)方法是种基于弹塑性时程分析的参数分析方法,可以反映出结构在地震作用下的动态特性、抗震性能等特性。本文以一栋钢筋混凝土框架结构为例,选取地震动峰值加速度、阻尼比为5%结构自振周期对应的加速度谱值、地震动峰值速度作为地震强度指标,比较分析了不同指标参数对IDA结果的影响,表明以谱加速度数值为指标参数时,评测结构的倒塌性最保守。     

远近场地震动反应谱峰值参数比较及其对多层地铁车站的影响

为研究远场地震动及不同类型近场地震动的反应谱峰值参数比较及其对多层地铁车站结构的影响,挑选远场地震动与三种类型的近场地震动(前方向性、滑冲型、非脉冲)记录共20条。以加速度峰值作为输入地震动的归一化指标。选择基于地震动反应谱计算得到的有效峰值加速度(EPA)、有效峰值速度(EPV)、改进有效峰值加速度(IEPV)、改进有效峰值速度(IEPV)作为指标进行比较。采用有限元方法,对弹塑性四层地铁车站的地震响应进行动力时程计算。结果表明,前方向性与滑冲效应型地震动的EPV及IEPV值较高;具有滑冲效应地震动作用下结构变形更为严重,底层中柱弯矩更大;远场地震动作用下结构响应较小;近场非脉冲地震动作用下结构动力响应明显降低;结构响应随输入地震动的EPV及IEPV值的增大而加剧。     

基于小波函数的IDA分析在RC框架结构中的应用

针对某实际框架结构的抗震性能评估问题,利用OpenSees建立结构有限元模型,以谱加速度为地震动强度指标,层间位移角最大值为结构损伤指标,通过基于小波函数的拟合方法合成目标反应谱的地震动加速度时程,并对结构进行增量动力分析。结果表明,在相同条件下,基于小波函数所仿真出来的IDA曲线离散性显著降低,随着拟合精度的提高,三个分位数曲线更加集中,结构的IDA分析也更为有效。研究结果为提高框架结构的抗震性能提供了有效途径。     

竖向强震作用下密贴地铁地下交叉结构动力响应分析

研究密贴地铁地下交叉结构的地震反应特性,对地铁地下结构穿越工程的建设和安全运营有着重要的现实意义。利用 FLAC^3D 有限差分程序对北京地区典型密贴地铁地下交叉结构进行了地震响应的数值模拟分析,研究了竖向强震作用下地铁区间隧道密贴下穿地铁车站结构体系的地震反应特性,并与单一地铁车站的地震反应特性进行了比较,研究表明：密贴地铁车站交叉主体结构由于车站-隧道结构间的相互作用,较单一地铁车站主体结构竖向位移及受力具有明显的增减,并与输入地震动的特性有关,且各监测部位增减幅值基本一致;由于土体对地震动高频成份的显著滤波作用,因此高频丰富的汶川卧龙波作用下地铁车站主体结构竖向相对位移差–时程及应力差–时程明显小于低频丰富的阪神波作用下地铁车站主体结构竖向相对位移差–时程及应力差–时程;地铁车站主体结构竖向相对位移差 - 时程及应力差–时程对于输入地震动的峰值加速度不太敏感。     

基于ETM的结构地震损伤评估

耐震时程法(ETM)是一种新的结构抗震性能评估方法，它所用的时程曲线具有地震强度随时间而增加的特点。基于《建筑抗震设计规范》(GB 50010—2010),采用最小二乘函数合成了3条耐震时程曲线。以装配式基础隔震结构为例，分别对结构进行10条天然地震波作用下的增量动力分析(IDA)和3条耐震时程作用下的非线性时程分析，对比研究了结构在不同地震强度下的最大顶点位移、最大层间位移角和最大隔震层位移。并将最大层间位移角作为指标代入结构抗震失效概率公式，通过易损性计算即可得到结构在不同耐震时间下的损伤指数期望值，可以此为依据来评估结构的损伤。分析表明，以最大层间位移角作为指标，ETM与IDA所得的结构损伤值吻合程度较高，但其计算量较IDA大大减小，因此对于结构的抗震损伤评估而言，ETM是一个高效的计算方法。     

基于等效线性化的土–地下结构整体动力时程分析方法研究

地下结构抗震设计简化分析方法离不开场地地震反应分析,而频域内的等效线性化方法是一维土层地震反应分析的主流方法。在一维土层地震反应分析的等效线性化方法的基础上,提出了一种地下结构抗震设计的等效线性化分析方法,并给出场地材料参数的确定方法。将该方法应用于地铁车站的横断面抗震分析中,并与土体直接采用非线性的Davidenkov模型进行的动力时程分析方法对比,两者计算误差满足工程需要的精度要求。此方法兼具场地等效线性化方法和地下结构动力时程分析方法的双重优势,可以作为一种动力时程分析方法运用于地铁车站等地下结构的抗震设计中。     

强震作用下中庭式地铁车站灾变机制研究

中庭式地下地铁车站属于异形地下结构,独特的结构形式使其地震灾变机制与标准矩形断面地铁车站存在显著差异。建立土-结构相互作用三维有限元数值模型,进行动力弹塑性时程分析,采用基于构件层次的损伤指标,以量化评价处于中庭式地铁车站结构的不同部位构件在不同幅值、不同频谱地震动作用下的地震损伤程度及其发展规律,结果表明不同地震动下结构的损伤演化规律相似,顶板连梁端部为结构抗震最薄弱部位。同一峰值时,Christchurch波输入下结构损伤度相对较大,其原因为该地震动的傅氏主频相对较低。PGA为0.4 g的Christchurch地震动作用使顶板连梁的弯矩与压力内力值超过了顶板连梁截面的弯-压承载力曲线,表明结构构件的抗震设计应充分考虑不同频谱地震动带来的内力响应的放大效应。     

STS新管幕对地铁车站结构地震响应影响分析

为实现STS新管幕对地铁车站结构地震响应影响分析,以沈阳地铁十号线东北大马路站为工程背景,应用Midas-GTS软件,研究了在不同加速度强度的地震作用下,有STS新管幕和无STS新管幕地铁车站结构的地震响应变化规律。结果显示:在地震作用下,由于STS新管幕结构的存在,减小了车站结构的弯矩、位移及加速度,从而减小了地铁车站的变形,对抗震结果有利。地铁车站衬砌的连接部位特别是柱顶受地震强度影响较大,是地铁车站抗震的薄弱环节。STS新管幕结构对地铁车站抗震的影响规律与衬砌强度增加对地下结构抗震的影响规律相一致。研究可为沈阳地区地铁车站抗震研究及工程应用提供支撑。     

适用于单层球面网壳的改进地震动强度参数

以平均模态应变能系数作为振型衡量指标,对网壳结构地震响应的主导振型进行识别;在此基础上,提出了考虑更多结构自振特性和地震动频谱成分的加速度反应谱S*_a作为地震动强度参数;以20条一维水平地震动作为输入,对Kiewitt-8型单层球面网壳结构进行增量动力分析;对增量动力分析的结果进行对数线性回归,并从相关性、有效性及充分性三方面对S*_a进行评估。结果表明:与其他11个常用的地震动强度参数相比,S*_a与网壳结构的地震响应具有更强的相关性,同时具有较好的有效性和充分性,可作为网壳结构地震性能评估的地震动强度参数。     

基于IDA方法的两层三跨地铁地下结构地震易损性分析

以两层三跨地铁车站为研究对象,建立典型工程场地下的土–结构非线性相互作用分析模型,将基于IDA方法的结构地震易损性分析方法引入到地铁车站结构中,初步探讨适用于浅埋地下结构的地震动强度指标IM及地下结构地震响应随地震动幅值增大的变化规律,并建立浅埋地铁车站结构抗震易损性曲线,得到结构在不同地震烈度水平下的失效概率。分析结果表明:非自由场下地表处的PGA为合适的IM指标;与已有经验易损性曲线的对比结果表明易损性分析方法是可行的,可以定量的给出结构在不同性能水准下的失效概率,为地下结构的抗震设计提供参考。     

两层三跨框架式地铁地下车站结构弹塑性工作状态与抗震性能水平研究

针对目前缺乏对现有地铁地下车站结构抗震性能水平的认识,根据相关规范的规定,设计了7种研究不同场地类别,并考虑输入地震动强度,分析了两层三跨框架式地铁地下车站结构的动力损伤特性及其抗震水平。结果表明,地铁地下车站结构的弹性和弹塑性工作性态层间位移角限值分别小于地面钢筋混凝土框架结构的对应值;同时,地铁地下车站结构从弹性极限工作状态到弹塑性极限工作状态所对应的层间位移角的差值也较小,说明其抗震延性明显比地面钢筋混凝土框架结构的要差。基于计算结果,分析了不同输入地震动强度下地下结构层间位移角、结构与土体的刚度比和输入峰值加速度之间的关系,建立了该类地铁地下车站结构层间位移角随地下结构与地基的刚度比和输入地震波峰值加速度变化的预测公式,以及该类地下车站结构层间位移角限值与抗震性能水平的一一对应关系,初步给出了该类地下车站结构基于层间位移角的抗震性能水平划分和物理描述。     

带地连墙异跨地铁车站结构周围地基液化振动台试验

地下结构的外部轮廓及其对整体抗侧刚度产生明显改变的附属构筑物都将对主体的抗震性能、变形性态和破坏特征等产生显著影响。通过开展可液化地基土–地下连续墙–异跨地铁车站结构动力相互作用的大型振动台模型试验,对比分析了不同强度地震动作用下模型地基的孔隙水压力发展、加速度响应和地表震陷等动力响应规律。试验结果表明:地连墙和地下结构的存在明显减小了其周围地基的加速度和动孔压比反应,且地基液化程度不同时的影响规律存在明显差异;模型地基对地震动的低频段反应更为强烈,反应谱随地震动强度的增大逐渐向长周期移动;当输入地震动强度较小时,模型结构和场地均出现少许沉降,强地震动作用下的地基土沉陷明显,地下结构呈整体水平上浮状态;模型地基动孔压发展及其分布沿结构纵向变化较小,根据试验结果给出了具体的影响规律及其影响机理。     

基于振动台试验的黄土场地具有地上结构地铁车站地震反应特性分析

以兰州某地铁车站为研究背景,开展了黄土场地具有地上结构的地铁车站结构体系大型振动台模型试验。测试并分析了模型体系的基频、加速度和水平位移反应以及模型车站的应变和侧墙处的动土压力反应等。结果表明:浅层地基土及埋置于其中的模型车站地下结构的加速度反应对地震动频谱特性具有较高的敏感性,而深层地基土及模型车站地上结构的加速度反应对地震动频谱特性敏感性较低;在土-结构动力相互作用过程中,地基土与地下结构运动方向相反,地基土对地下结构的变形起到"主动"约束和限制作用;结构地上第一层中柱底部是地铁车站的最薄弱部位;模型结构侧墙处动土压力增量在深度方向的变化规律受地震动强度及地基土弹塑性状态的影响。