采用不同隔震形式的双层地铁地下车站结构地震反应分析

针对地铁地下车站结构中柱、中板等抗震薄弱构件，分别研究了车站结构在传统完全约束结构形式下，在上下层中柱顶部设置弹性滑移支座时，以及本文提出的在中板边缘及底层中柱设置隔震支座时的地震反应特性，建立了土-地下结构非线性静动力耦合相互作用的二维有限元分析模型，对比分析了采用不同隔震形式对车站主体结构静动力反应特性的影响规律。结果表明：与传统车站结构相比，在中柱顶部设置弹性滑移支座能有效降低车站中柱处的地震损伤，具有更好的抗震性能。采用本文提出的中板边缘及底层中柱设置隔震支座，可以在减小中柱所受地震损伤的同时，有效地保证结构中板在强地震中不受严重损伤，从而提高车站的整体抗震性能。     

异跨框架式地铁地下车站结构抗震性能水平与评价方法研究

针对现有异跨地铁地下车站结构抗震分析方法缺乏合理性能评价指标的问题。考虑土体与结构混凝土的材料非线性和接触非线性,建立了土-异跨地铁车站静动耦合整体时域有限元数值模型,通过在基岩处输入不同强度等级和类型的地震动,研究了异跨地铁车站结构的侧向变形规律与地震损伤特性,揭示了该车站结构的地震损伤破坏演化过程,建立了基于层间位移角与损伤破坏状态的异跨框架式地下车站结构抗震性能水平评价方法与物理特征描述。所建议的抗震性能评价方法能初步应用于异跨框架式地下结构的抗震性能水平分析。     

可液化场地中复杂异跨地铁地下车站结构的地震反应分析

地基液化是导致地铁地下车站结构在地震中发生严重破坏的重要威胁之一,然而目前对可液化场地中地铁地下车站结构地震反应的研究较少,尤其是针对大型复杂异跨地铁地下车站结构地震反应的研究更是少见。通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服土体网格大变形的畸变问题,建立了可液化场地土一复杂异跨地铁车站结构静动耦合非线性相互作用的有限元数值模型,分析了该相互作用体系的场地液化分布特征、异跨车站结构上浮特征、周围场地位移沉降及矢量特征、结构侧向变形和地震损伤破坏特征等,初步揭示了该相互作用体系的地震反应规律及液化地基中大型异跨地下结构的地震破坏特征,研究成果可为提高可液化场地中异跨地铁车站结构地震反应的认识及完善其抗震设计方法提供合理的参考。     

摩擦摆支座在地下地铁车站结构中的减震效果研究

基于阪神地震中大开地铁车站的破坏模式与成灾机理,借鉴地面建筑结构的减隔震设计理念,提出在地铁车站中柱顶部设置摩擦摆支座形成新型减震结构体系。通过建立土-地下结构整体二维数值分析模型,运用整体动力时程分析方法对比研究了摩擦摆支座不同滑道半径和不同摩擦系数工况下减震结构与原型结构在结构变形和截面内力等动力响应的差异。结果表明:柱端设置摩擦摆支座使得结构整体抗侧刚度减小,结构的水平变形呈现小幅增大趋势。当摩擦摆支座的滑道半径越大、摩擦系数越小时,中柱变形、剪力和弯矩值较原型结构均有大幅的减小。     

软土层场地复杂地铁地下车站结构地震反应分析

软土层对地下结构的地震反应具有重要影响,以往已对软土地基中规则矩形地铁地下车站结构的地震反应进行过研究,其规律对于复杂截面地下结构是否适用还需要进一步探讨。通过考虑车站结构侧向、底部分别存在不同埋深、不同厚度软土层时的27种软土层场地,对上层五跨、下层三跨的新型复杂大型地铁地下车站结构地震反应进行分析,揭示了此类异跨地铁车站结构的地震反应特征,初步给出了软土层埋深、厚度变化对此类车站结构加速度反应、侧向位移反应和地震破坏特征的影响规律。结果表明:异跨车站结构两侧或下方一定范围内存在软土层或将减小结构的加速度反应,而当底板以下20 m深处存在软土层时结构顶板的加速度反应则被大幅放大,约为7.88%～12.72%;异跨车站结构侧向位移沿高度的变化曲线具有明显的"阶梯效应";软土层位于结构侧向时对结构抗震不利,并且当软土层位于下层侧方时结构的动力反应较大,而当软土层位于结构底板下方时能够起到一定的隔震作用。     

提高地铁车站结构抗震能力的理论及数值分析

1995年阪神地震中,地铁车站等地下结构遭受了严重的破坏,其中大开地铁车站破坏尤为严重,一半以上的中柱发生坍塌,为了提高地铁车站结构的抗震能力,本文基于第二类拉格朗日方程首先建立了地震荷载和轴力联合作用下柔性动边界梁动力响应的分析方法,并讨论了轴力和弹簧刚度与阻尼系数对动力响应的影响特点与规律,然后利用ABAQUS软件对阪神地震荷载作用下大开地铁车站在有无设置隔震器时进行了三维非线性动力分析。研究结果表明：)     

场地均质性对浅埋地铁车站地下结构地震易损性的影响

场地条件是影响地下结构地震响应的关键因素之一,该文旨在研究场地均质性对于地铁车站地下结构地震易损性的影响。以两层两跨地铁车站为研究对象,基于ABAQUS/Standard软件平台建立了考虑土-结构相互作用的二维有限元分析模型。模型考虑了循环动力荷载作用下土体的非线性与钢筋混凝土的弹塑性力学行为。采用增量动力分析方法分别计算了结构在层层场地条件下与均质场地条件下结构的地震响应,并以层间位移角为损伤指标与地面峰值加速度为地震动强度指标绘制了地铁车站结构的地震易损性曲线。结果表明,层层场地条件下结构的响应均值要显著高于均质场地,但两者标准差一致。在地震动作用下,结构处于层层场地下的破坏概率要明显高于均质场地,这主要归因于层层场地中毗邻结构的土体产生了较大的剪切变形。上述结论可为地下结构基于性能的抗震设计提供科学参考。     

地裂缝场地地铁车站振动台试验和数值模拟研究EI北大核心CSCD

地裂缝场地动力效应和上、下盘错动严重影响地下结构的安全。以处于地裂缝环境的西安康复路地铁车站为研究对象,开展了水平和竖向地震共同作用下地裂缝场地地铁车站振动台试验,分析了模型土与车站的加速度反应规律及模型车站应变分布特征。同时,采用有限元软件ABAQUS建立有无地裂缝场地条件下车站的三维数值模型,研究了2类场地条件下地铁车站层间位移角和地震损伤分布规律。结果表明:水平和竖向地震共同作用时,地裂缝场地上、下盘动力差异响应和车站加速度反应较单向水平地震作用时明显增大。相较于无地裂缝场地车站,地裂缝场地车站的层间位移角明显增大,其构件损伤发展更加剧烈。这是由于地裂缝场地土与车站之间易出现脱空区,造成车站振动反应增强;同时,竖向地震引起的地裂缝场地上下盘错动会产生对车站附加的剪切作用,使其中柱更易发生严重损伤而导致结构整体破坏。     

基于模型试验的软夹层地基与刚性地基上隔震结构体系耗能特性分析

基于能量分析法提出了考虑土-结构动力相互作用(SSI效应)的隔震结构体系能量反应平衡方程,通过对软夹层地基和刚性地基上隔震结构体系振动台模型试验的耗能分析,研究了软夹层地基和刚性地基上隔震结构体系的耗能特性。研究结果表明:提出的土-隔震结构动力相互作用体系能量反应平衡方程能够有效地反映土-隔震结构动力相互作用体系各部分的能量反应。由于SSI效应的影响,软夹层地基上隔震结构隔震层的滞回变形耗能比、动能能量比和阻尼耗能比与刚性地基时耗能反应明显不同,大震时SSI效应影响更为显著,表现为隔震结构的动能能量比和阻尼耗能比增大,而隔震层的滞回变形耗能比降低,降低幅度与输入地震动的特性相关。软夹层地基上隔震结构的动能能量比与隔震层转动效应的强弱密切相关,阻尼耗能比与隔震结构体系的阻尼比相关。     

考虑地震动空间非一致性的地铁车站结构振动台试验研究EI北大核心CSCD

长度超过百米的地下结构受到地震动空间变异性的影响较大,为深入了解粉质黏土地基条件下地铁车站在非一致地震动激励下的动力反应规律,设计并完成了粉质黏土地基条件下非一致地震动激励下地铁车站模型的振动台试验。为模拟粉质黏土地基设计制作了刚性土箱,对模型材料配合比以及钢筋配筋设计等进行了分析研究,根据动力相似理论,开展了纵向非一致地震动激励下地铁车站结构模型的振动台试验,通过对实测加速度、土压力以及构件应力等试验结果的分析,得出地铁车站结构在地震波先后到达不同横截面的动力反应差异、同一横截面各构件的动力反应差异以及地铁车站结构与土体的动力反应差异,得到纵向非一致地震动激励下地铁车站结构的动力反应规律。     

考虑地震动空间非一致性的地铁车站结构振动台试验研究

长度超过百米的地下结构受到地震动空间变异性的影响较大,为深入了解粉质黏土地基条件下地铁车站在非一致地震动激励下的动力反应规律,设计并完成了粉质黏土地基条件下非一致地震动激励下地铁车站模型的振动台试验。为模拟粉质黏土地基设计制作了刚性土箱,对模型材料配合比以及钢筋配筋设计等进行了分析研究,根据动力相似理论,开展了纵向非一致地震动激励下地铁车站结构模型的振动台试验,通过对实测加速度、土压力以及构件应力等试验结果的分析,得出地铁车站结构在地震波先后到达不同横截面的动力反应差异、同一横截面各构件的动力反应差异以及地铁车站结构与土体的动力反应差异,得到纵向非一致地震动激励下地铁车站结构的动力反应规律。     

复杂博物馆隔震结构地震模拟振动台试验研究

云南省博物馆结构处于地震高烈度地区,其结构形式为复杂超限非规则的型钢混凝土结构,对于这种具有特殊功能的建筑结构采用隔震技术具有十分重要的意义。为了确认该博物馆隔震结构的隔震效果及损伤破坏机理,对1:30的缩尺模型开展了振动台模型试验研究。主要对隔震与非隔震模型结构的动力特性及其在多遇地震、罕遇地震下的地震反应进行测试与比较。试验结果表明:隔震结构在不同性能水准地震作用下动力特性稳定,减震效果较好,上部结构水平向各层峰值加速度小于台面峰值加速度;隔震结构的加速度反应要小于非隔震结构,结构各层变形满足规定要求限值;结构扭转反应较小,整体没有发生破坏;罕遇地震作用下隔震支座滞回曲线均匀饱满,支座没有发生损伤。隔震技术能很好的在大型复杂博物馆结构中应用。     

饱和砂土场地中地铁车站结构地震易损性分析

为进一步研究饱和砂土场地中地铁车站结构地震易损性问题,以某单层双跨地铁车站为研究对象,综合考虑场地类别、地震动不确定性的影响,采用u-p格式饱和两相介质有效应力动力求解方法,建立饱和砂土场地-地铁车站结构体系耦合动力非线性分析数值模型,选取最大层间位移角为结构损伤指标,基于增量动力分析IDA法获得结构在地震作用下动力响应数据,进而构建地铁车站结构的地震易损性曲线,并求得结构在各级地震动作用下的不同破坏状态超越概率。分析结果表明:当PGA0.7 g时,饱和砂土场地中地铁车站结构以发生中等损伤和轻微损伤为主;当PGA≥0.7 g时,结构以严重损伤为主,并且向坍塌发展。此饱和砂土场地中地铁车站结构地震易损性分析流程方法,可为地铁车站抗震设计和减灾预测评估提供参考。     

可液化地基-非规则截面地铁车站地震变形研究

以上层为五跨和下层为三跨的非规则截面地铁地下车站结构为原型,在可液化场地条件下进行土与地铁地下结构动力相互作用振动台试验。试验提出适用于液化地基-地下结构振动台模型试验的柔性传感链结合水沉法的模型地基制备方法,采用阵列式位移计测试了地基水平变形;分析了孔压发展、消散及空间分布规律,地震动强度与孔压关系,地表震陷与地基变形等。结果表明:饱和砂土振动孔压主要在地震过程中完成累积过程,振动孔压比与地震动Arias强度表现出显著的相关性;强震作用下地下结构存在改变了地基孔压空间分布模式;模型结构地震过程中出现了显著上浮现象,上浮不仅仅发生在孔压累积段,孔压消散段仍存在惯性上浮效应。随着液化区的扩展以及饱和砂土液化程度的增大,变截面地下结构不均匀沉降和倾斜现象显著,地下结构抗浮设计中应考虑截面结构形式差异性。     

泡沫混凝土回填层减震性能影响因素分析

为研究泡沫混凝土回填层对地下坑道结构减震性能的影响,通过一个工程算例,建立直接地冲击作用下岩体中坑道结构内部震动响应的计算模型。运用LS-DYNA显式动力分析软件,分别计算了不同回填层影响因素下坑道结构的震动响应。计算结果表明:回填层厚度、泡沫混凝土屈服强度和地冲击荷载强度对隔震效果有着重要影响,这些因素在工程设计回填层时都应予以考虑。     

不同土性地基上高层隔震结构振动台试验对比研究

通过土-结构动力相互作用（SSI）体系的模型振动台对比试验,研究不同土性地基上高层隔震结构的地震反应特性和隔震效果。采用叠层剪切型土箱以减小边界效应影响,模型地基分别为刚性地基、均匀软土层地基、分层可液化地基,采用高宽比为4的五层钢框架作为上部隔震结构模型。试验发现,考虑SSI的隔震结构体系频率均小于不考虑SSI的体系频率,均匀软土层地基上隔震结构体系的阻尼比刚性地基增加,而分层可液化地基上体系的阻尼则降低;软弱地基上隔震层位移可明显大于刚性地基上的情况,而当地基发生液化时隔震层的位移则明显减小。研究结果表明,建造于软弱地基、存在液化可能地基上的高层隔震结构仍然能够发挥隔震效果。     

黄土与地铁车站动力相互作用模型的水平位移及沉降分析EI北大核心CSCD

在黄土场地条件下进行土与地铁地下结构动力相互作用振动台试验。基于实测数据对黄土与地铁车站接触动土压力、模型地基竖向沉降及水平位移进行分析,对试验中模型地基地震破坏特点进行描述。结果表明:结构侧面顶部动土压力大于中部和下部,随输入峰值加速度的增大结构侧面土压力均增大;地震动较大时,地基层间剪切位移呈现顶部最大,底部次之,中部最小;地表沉降随输入峰值加速度的增加而增大,西安人工波作用下地表沉降大于松潘波和Taft波作用下沉降;结构上方地表沉降始终小于周围土层,表明结构发生相对上升运动;分析发现,结构顶、底动土压力差提供结构上升运动的内在动力。回归分析表明,地基水平相对位移与土层深度可用三次多项式拟合,两者之间具有较好的相关性。     

黄土地区地铁车站地震反应的频域分析及空间效应

在黄土场地与地铁地下结构动力相互作用振动台试验中,测得模型地基及地铁车站的加速度反应及应变反应。基于实测数据对模型地基、地铁车站的加速度反应进行了频域分析,对比不同观测断面内地铁车站的地震反应,分析地铁车站加速度反应的空间效应。结果表明:随输入峰值加速度增加,模型体系加速度反应傅里叶谱基频减小,相应谱值增大;随埋深减小地基加速度反应傅里叶谱低频成分增大,高频成分减小,且增大部分频带宽度随输入峰值加速度增加而缩小;随输入峰值加速度增加,结构加速度反应傅里叶谱主频集中、变窄,高频成分呈现增强效应;模型体系加速度反应傅里叶谱主频带宽呈现出松潘波作用时较宽,西安人工波作用时居中,Taft波作用时较窄;受结构端头效应及土结相互作用中倾斜与扭转影响,地铁车站地震反应具有显著的空间效应。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。     

地震次生火灾中城市地铁地下结构的灾变性能研究

地震及次生火灾是严重威胁人类社会安全的重大灾害,历史上曾多次带来巨大生命财产损失。地铁地下结构作为当今大中型城市基础建设的重要组成部分,一旦在强震或震后火灾中破坏,将带来重大的社会和经济损失,震后救援和修复也极为困难。地下结构的抗震及抗火研究起步较晚,城市地下结构在地震及其次生火灾作用下的灾变性能亟待研究。通过三维精细化非线性有限元数值模拟,将动力时程分析、热传导分析和热力分析相结合,研究了典型地铁车站结构在地震及次生火灾中的变形、损伤及内力演化,讨论了地下结构地震损伤对其抗火性能的影响,为地铁地下结构的抗震抗火设计提供参考。     

黄土与地铁车站动力相互作用模型的水平位移及沉降分析

在黄土场地条件下进行土与地铁地下结构动力相互作用振动台试验。基于实测数据对黄土与地铁车站接触动土压力、模型地基竖向沉降及水平位移进行分析,对试验中模型地基地震破坏特点进行描述。结果表明:结构侧面顶部动土压力大于中部和下部,随输入峰值加速度的增大结构侧面土压力均增大;地震动较大时,地基层间剪切位移呈现顶部最大,底部次之,中部最小;地表沉降随输入峰值加速度的增加而增大,西安人工波作用下地表沉降大于松潘波和Taft波作用下沉降;结构上方地表沉降始终小于周围土层,表明结构发生相对上升运动;分析发现,结构顶、底动土压力差提供结构上升运动的内在动力。回归分析表明,地基水平相对位移与土层深度可用三次多项式拟合,两者之间具有较好的相关性。