复杂断面地下结构地震反应分析的整体式反应位移法

介绍地下结构抗震分析中常用的反应位移法存在的局限性,在借鉴反应位移法基本原理的基础上,提出一种适用于复杂断面地下结构地震反应分析的整体式反应位移法。从理论上论证该方法与反应位移法基本原理的一致性,详细介绍该方法的实施步骤与特点,给出地震作用的求解方法。该方法采用土-结构相互作用模型来直接反映土体与结构间的相互作用,避免了引入地基弹簧带来的计算量和计算误差。采用连续自由场土层模型来计算等效输入地震动荷载,概念明确、操作简单,能较好地适用于复杂断面地下结构的地震反应分析。结合实际工程与动力时程方法进行对比研究,结果表明,文中提出的整体式反应位移法是一个精度较高、计算简便、适用性很强的拟静力计算方法,可以用于地下结构的抗震分析与设计中。     

地铁地下结构抗震设计方法差异性规律研究

详细介绍动力时程分析方法、反应位移法、整体式反应位移法、强制反应位移法、张建民地震土压力方法、简化地震土压力方法、反应加速度法、地下结构Pushover分析方法等地铁地下结构抗震设计方法。结合以上各种抗震设计方法,计算不同地质条件以及不同埋深条件下北京地下直径线单层框架结构侧墙变形(顶底板位移差值)及结构内力,并对其结果进行比较分析,为探讨各种设计方法计算结果的差异性规律提供一定的依据。结果表明,不同土层条件时,反应加速度法、地下结构Pushover分析方法与动力时程分析方法计算值基本一致;不同埋深条件时,基于日本铁路抗震设计规范动弹簧系数的反应位移法、张建民地震土压力方法与动力时程分析方法计算值更为接近。     

整体式反应位移法的理论推导及一致性证明

整体式反应位移法是近几年提出的用于地下结构抗震分析的实用计算方法,目前适用于复杂断面形式地下结构抗震分析的整体式反应位移法已被《地下结构抗震设计标准》（GB/T 51336-2018）采用。该方法通过建立地层-结构整体模型来反映岩土介质与结构之间的相互作用、采用自由场地层模型计算等效输入地震荷载,避免了经典反应位移法中由地基弹簧的确定和使用带来的计算量和计算误差,同时弥补了经典反应位移法只适用于规则断面形状地下结构抗震分析的局限性。文章基于有限元离散模型,给出地下结构地震反应分析的整体式反应位移法的理论推导,并证明地下结构抗震设计标准中采用的整体式反应位移法与理论推导给出的整体式反应位移法的一致性,有助于对整体式反应位移法的理解和正确使用。     

地下结构横断面地震反应分析的反应位移法研究

 为研究地下结构横断面地震反应分析中常用的反应位移法的实用性,结合子结构法和土–结构动力相互作用法等理论对反应位移法的基本原理进行验证。介绍目前工程应用及规范规程中反应位移法的具体应用形式,对不同计算模型、地基弹簧系数计算方法进行分析。为比较不同形式反应位移法的有效性,以大开地铁车站地震反应为例,将不同形式反应位移法和土–结构动力相互作用法进行对比分析。结果表明,经典反应位移法更接近土–结构动力相互作用法的计算结果,是一个实用性较高的拟静力计算方法。     

反应位移法在复杂地下结构抗震中的应用

针对我国尚缺少完善的地下结构抗震分析方法和专门的有关复杂地下结构抗震设计规范的现状,在总结目前国内外地下结构抗震计算方法的基础上,采用反应位移法对某复杂地下大空间结构进行抗震设计与分析。同时,分析中还建立了该复杂地下结构的三维精细化有限元模型,采用动力时程分析给出结构的基准地震响应,从而评价反应位移法用于复杂地下结构抗震设计的适用性。分析结果表明,对于不同的计算工况反应位移法的计算结果与动力时程分析均基本一致,说明反应位移法可用于复杂地下结构的抗震设计。研究结论可为今后类似地下工程的抗震设计提供指导。     

反应位移法在圆形隧道抗震分析中的适用性评价

反应位移法是目前国家和行业规范均推荐采用的地下结构抗震设计方法。但目前对反应位移法的参数选取及其适用性的认识尚不深刻,从而制约了反应位移法在隧道抗震分析与设计中的应用。本文以动力时程分析法为基准,对比分析圆形隧道两种不同的地层剪力计算方法对反应位移法计算精度的影响;同时评价了不同场地条件、不同埋深下反应位移法的适用性。结果表明,反应位移法在圆形隧道抗震分析中适用性较好,且计算精度随埋深增大略有提高;但轴力计算结果明显偏小,且随地层剪切波速的增加,轴力计算误差略有增大。     

地下结构简化抗震设计方法在综合管廊中的对比研究

反应加速度法与反应位移法是2种规范推荐的地下结构简化抗震设计方法。详细阐述2种方法的核心思想与优缺点。以上海市临港综合区浩通路综合管廊结构为例,以土-结构动力时程法为基准,采用大型通用有限元软件ABAQUS进行建模,具体对比2种方法在上海市7度设防条件下的计算效果。研究表明,相对于反应位移法,反应加速度法的计算过程更为简便,计算结果更为精确。推荐工程设计人员在综合管廊结构抗震设计中选用反应加速度法。     

不同规范中地下结构地震反应分析的反应位移法对比研究

反应位移法是一种实用的地下结构抗震反应分析方法,该方法计算步骤相对简便,具有较好的分析精度,在地下结构抗震设计计算中得到广泛使用,已被包括《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909-2014)和《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)等多部规范所采用。但是由于该方法在理论推导上的不同,以及不同研究者理解上的不一致,导致现行不同规范的计算模型和荷载输入存在差别。文中给出反应位移法的推导过程,分析反应位移法中各项荷载的合理形式和意义,对现行不同规范中反应位移法的计算模型作出明确判断,通过与动力时程计算结果的对比分析表明：反应位移法中地震作用的输入通过结构周边自由场应力实现,忽略部分周边自由场应力的计算模型是不合理的。     

整体式反应位移法在地下结构抗震设计中的应用

整体式反应位移法是地下结构抗震设计的重要方法之一,具有理论成熟、操作简便、适用性广和计算精度高等优点,但已有文献中并未详细介绍整体式反应位移法的操作步序,这易对方法的正确使用带来问题。针对工程界经常反馈的几个问题,结合北京地铁16号线阜外大街站主体结构设计方案,提供了一个完整的整体式反应位移法抗震分析例题详解,同时分析了土体侧向边界至结构侧壁距离对计算结果的影响,结果表明,此距离不宜小于2倍的结构横断面长度。本研究诣在解决整体式反应位移法在工程实践中的具体使用问题,有助于避免由操作不当带来的计算误差,具有较强的工程参考价值。     

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。     

考虑平-扭耦联效应的消能减震结构振动反应分析

为深入探讨消能减震结构在发生平-扭耦联变形时的振动反应分析方法,对消能减震结构中消能装置附加阻尼比的计算理论和计算方法进行了对比分析,并建立了可以考虑平-扭耦联效应的消能装置附加阻尼比计算方法,即改进变形能比法,并深入研究了消能减震结构发生平-扭耦联变形的动力时程分析方法,如振型叠加法、状态空间解法和直接积分法。选取2个偏心结构对建立的计算模型和相关结论进行了验证分析,数值计算结果表明:改进变形能比法求解的消能减震装置附加阻尼比与精确解(复模态理论)结果相接近,3种动力分析方法在求解消能减震结构发生平-扭耦联变形时均具有较高精度,可用于此类工程抗震设计与分析。     

火灾下整体钢框架结构性能的模拟方法

建立了整体钢框架结构模型,采用有限元法对整体结构在火灾下的响应进行了数值模拟。对钢构件的应力和变形进行了弹塑性分析,得到了变形及应力随时间变化的云图和内力及挠度随时间变化的曲线。同时将不同约束条件下以及构件采取不同的保护措施时整体结构的响应进行了对比。为基于整体结构的耐火设计提供了有效的数值模拟方法。     

钢筋混凝土受弯构件变形凝聚法分析

传统钢筋混凝土非线性分析大多采用以连续介质力学为基础的非线性有限元方法,侧重数学模型的描述,难以体现开裂截面局部转角和塑性铰等宏观变形特征。从物理模型的观点出发,提出能够反映宏观变形特征的变形凝聚法。在一维弹性问题分析的基础上,提出钢筋混凝土受弯构件基于变形凝聚概念的三阶段分析方法,按平均裂缝间距划分单元,与物理模型相吻合,且计算效率高。编制程序对同济大学预应力研究所近期完成的高强钢筋混凝土受弯构件系列试验进行了模拟,试验结果与程序计算结果吻合良好,表明该新方法是合理可行的。     

分体柱在地下车站结构中的减震效果研究

已有研究表明,对于浅埋框架式地下结构,高轴压下中柱水平变形能力不足是导致地震破坏的关键因素。分体柱在承载能力与整体柱相当的情况下,具有更好的变形和耗能能力而广泛应用于地上结构,探讨了分体柱在地下结构抗震领域中的应用可行性。基于ABAQUS有限元平台,建立土–地下结构整体三维数值分析模型,通过Pushover和动力时程分析方法对比研究了采用分体柱的新型地下车站结构与原型车站结构的抗震性能,分析了分体柱的减震效果。研究结果表明,采用分体柱的新型地下车站结构中柱的层间位移地震响应有所增大,但相对于中柱变形能力的提升,其影响程度并不显著;分体柱替换现浇整体柱,会使得结构截面内力重分布,中柱所承担的剪力大幅减小,侧墙的剪力变化不明显。总体上,采用分体柱的新型地下车站结构显著改善了在高轴压比下中柱和侧墙变形不协调的问题,能够有效提升其抗震性能。     

地下洞室监测位移场的反演和围岩稳定评判分析

 针对地下洞室开挖过程中有限的位移监测仪器仅能反映局部围岩变形的情况,提出一种基于整个洞室围岩变形空间场的围岩稳定评判方法。首先通过物理场,对监测数据进行标准化处理,引入监测数据以外的围岩变形信息,然后进行三维空间反演。根据反演结果,运用警戒线法对洞室整体围岩进行评价。该评判方法已成功应用于瀑布沟、溪洛渡等大规模地下洞室的施工开挖围岩稳定分析中。实践表明,该方法能及时反映整个洞室群围岩的变形情况,相对其他数值计算方法能对围岩稳定做出快速、精确、直观的评判。     

Shao-Zhu-Su岩石流变模型的快速显式积分算法及比较研究

 基于对Shao-Zhu-Su岩石力学流变模型及其数值算法的分析,发现传统积分算法在处理流变卷积方程时存在变量存储量大和计算效率低的缺点。运用数学变换和Taylor展开提出2种显式积分算法,即非线性显式积分算法(NEIA)和线性显式积分算法(LEIA)。通过蠕变和松弛数值试验对新算法进行验证和比较。提出的显式积分算法变量存储量较少,且避免与加载历史有关的累积求和运算,从而明显提高计算效率,使得此类内时流变模型更适合于大型岩体结构分析。需要指出的是,建议的数值积分方法也可用于其他积分型流变模型的数值处理。     

Tying behaviour of fin-plate connection to concrete-filled rectangular steel tubular column — Development of a simplified calculation method

This paper presents the results of numerical and theoretical studies into the behaviour of simple welded fin-plate to concrete-filled tubular (CFT) columns loaded by tensile force. Such connections represent a simple single-sided joint solution to steel CFTs. The current design method for similar connections under purely tensile load, in CIDECT Guide 9, based on a deformation limit of 0.03 of the tube width is shown to be inadequate when evaluating the ultimate strength of such connections. Hence numerical models have been developed and used to perform extensive parametric studies from which a simple hand calculation method has been developed for evaluating the strength of the column component of rectangular CFTs under tensile load imparted through a fin-plate connection. The ranges of parameters encompassed by the model include column cross-section size, column thickness and fin-plate length. The simple hand calculation procedure is based upon defining a rigid plate deformation pattern for the column face and then applying the virtual work principle. The column face deformation corresponding to the maximum load has been found to be strongly related to the column width to thickness ratio and a method for evaluating this relationship has been proposed based on extensive numerical results. The load-deflection curve consists of two segments: the first representing the elastic behaviour from classic plate theory, the second obtained by plotting the deflection at failure against failure load — both of which are obtained through the simple hand calculation procedure. The simple hand calculation method is compared favorably with a large range of finite element simulations. The proposed method may be used in the component based method for joints involving a fin-plate component in tension.     

鞍形双曲抛物线正交索网内力的简化计算法

本文在将索网离散化为单索的基础上,利用承重索与牵引索交点上变位相等的条件,引入荷载分配系数的概念,分别求得承重索与牵引索的分配荷载,挠度增量和索力。 文中附有例题,计算结果表明,本文的方法具有足够的精确度,且计算简便,特别适用于初步设计的方案比较。