钢管混凝土中柱地铁车站结构地震响应规律

为提高和改善地下结构抗震性能,现有地铁车站结构通常采用钢管混凝土中柱,主要考虑混凝土中柱类型对地铁车站结构的地震响应影响,以两层三跨地铁车站作为研究对象,采用OpenSees有限元软件建立土-地铁车站结构二维整体有限元模型,并基于合成人工地震动输入土-地铁车站结构整体有限元模型,对模型进行非线性时程分析,研究钢管混凝土中柱地铁车站地震响应规律。结果表明：多遇地震动和设防地震动作用下,钢管混凝土地铁车站顶层中柱最大层间位移角相较于钢筋混凝土地铁车站分别降低了5%和1%,底层中柱最大层间位移角下降幅度仅为24%和8%;罕遇地震动作用下,钢管混凝土中柱使地铁车站顶层和底层最大层间位移角分别降低了9%和7%,钢管混凝土中柱底部在最大变形时刻承受的剪力增加了7%;极端地震作用下,地铁车站结构产生较大变形,钢筋混凝土中柱出现破坏时刻钢管混凝土中柱并未破坏,钢管混凝土中柱对地铁车站结构抗震性能提升作用显著。     

地下结构地震破坏的大比尺循环推覆加载模型试验方法及其验证

目前振动台模型试验很难真实模拟地下结构的地震破坏特征及其发展过程，以大开地铁车站结构为原型，考虑周围土压力等效，基于单层地下结构抗震性能的层间位移角划分体系，确定了以位移控制的循环加载曲线，设计并开展了1∶7的大比尺模型结构推覆试验，并与数值模拟结果进行了对比。结果表明：车站结构中柱端部会先于结构的其他构件出现裂缝，发生先拉后压破坏，随着中柱承载能力的下降，结构内力开始重新分配，上覆土压逐渐向侧墙转移，进而导致顶板端部和侧墙顶底端裂缝开始发展，最终结构整体失去承载能力。与数值模拟结果相比，设计的大比尺地下结构地震破坏推覆加载试验能够准确模拟单层地下车站结构的地震破坏过程。同时，与已有的单层地下车站抗震性能水平研究结果对比，进一步验证了新模型试验方法能够合理再现单层地下结构抗震性能水平。     

某大型城市地下空间结构抗震设计

针对某大型城市地下空间结构进行抗震设计。基于反应位移法的适用条件和基本原理,首先计算地震作用下的土体响应,并将此作为主体结构的地震动输入;而后计算结构的力学指标,通过控制层间位移角使结构在总体上满足抗震性能目标,通过控制中柱轴压比和侧墙承载力来确保结构关键构件的工作状态,避免发生严重灾害。     

某大型城市地下空间结构抗震设计

针对某大型城市地下空间结构进行抗震设计。基于反应位移法的适用条件和基本原理,首先计算地震作用下的土体响应,并将此作为主体结构的地震动输入;而后计算结构的力学指标,通过控制层间位移角使结构在总体上满足抗震性能目标,通过控制中柱轴压比和侧墙承载力来确保结构关键构件的工作状态,避免发生严重灾害。     

土–地下连续墙–复杂异跨地铁车站结构动力相互作用分析

针对目前地铁地下车站结构抗震性能研究中不考虑地下连续墙存在的现实问题,通过建立土–地下连续墙–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,对比分析了无地下连续墙、含单层地下连续墙及含双层地下连续墙等不同情况下异跨地铁地下车站结构的地震动力反应特征。结果表明:地下连续墙的存在仅在地震强度较小时能够显著提高车站主体结构的抗水平侧移能力,当地震强度较大时结构的水平位移增大明显;从结构层间位移的角度看,结构下层的层间位移涨幅最大,不考虑地下连续墙存在的计算结果将偏于危险;地下连续墙加强了地铁车站结构的抗侧移刚度,致使车站结构整体变形性态和内力分布发生重大变化,其中结构侧墙端部应力水平明显减小,各楼板端部的应力水平明显增大;本文计算工况中,异跨车站结构的下层中柱是抗震设计时的薄弱位置,其中以双层地下连续墙工况时的结构下层最为危险。     

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。     

地铁地下车站结构的地震反应分析

对地铁地下车站结构的抗震问题进行研究,对于降低地铁结构在遭遇强震作用时的经济损失和人员伤亡具有十分重要的意义。通过大型岩土工程有限元分析软件MIDAS-GTS建立了地下3层车站结构的三维数值分析模型,分别采用反应位移法和动力时程分析法对车站结构进行了地震反应分析,建模过程中考虑土体与地下车站结构动力相互作用机理,得到了结构在真实地震荷载作用下的内力和变形变化规律。研究得出结论:车站结构最大层间位移角在规范限值要求的范围内,结构抵抗侧向变形能力良好;车站结构中柱与顶底板连接节点处、侧墙与各层楼板相交处、结构顶底板与侧墙相交位置附近、顶底板边跨跨中等出现了较大内力响应,为抗震薄弱部位,需加强抗震措施以提高结构整体抗震能力。研究结果可为类似地铁地下车站结构的抗震分析提供借鉴。     

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。     

浅埋矩形框架地铁车站结构抗震性能指标标定研究

针对目前地下结构抗震性能水准定义与性能指标标定研究的不足,文章参考地面建筑性能水准的划分方法,将地下结构的抗震性能水准划分为四个水平,并对每一水平条件下结构具备的功能性作了简略描述。在此基础上,选取18座不同断面类型的浅埋矩形框架地铁车站,建立土-结构三维整体分析有限元模型。采用倒三角分布荷载的地下结构Pushover分析方法进行分析,获得各个车站结构关键构件的完整能力曲线。通过几何作图法和概率统计方法建立以层间位移角为限值的矩形框架地铁车站结构横向抗震性能指标体系。该性能指标量化标准可在一定程度上指导地下结构抗震设计,并为进一步发展和完善现有地下结构抗震性能指标体系研究提供参考。     

超高层钢管混凝土重力柱-混凝土核心筒结构振动台试验研究

提出一种新型的钢管混凝土重力柱-核心筒结构体系,通过地震模拟振动台试验验证其抗震性能。以实际超高层钢管混凝土柱框架-混凝土核心筒建筑结构为参考,将钢框架梁与柱或核心筒的刚性节点改为螺栓连接的铰接节点,简化结构并制作1/40的缩尺结构模型,采用4条地震动记录进行不同工况的振动台试验,分析结构的震损特点、动力特性、侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和倾覆弯矩等。结果表明：震损主要出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应显著,侧向变形和层间位移显著增大;外排架柱的层间位移主要为不产生内力的刚体转动,核心筒层间位移角达1/26,超过规范JGJ 3—2010中规定的框架-核心筒结构体系不倒塌限值的3.85倍而未出现倒塌;外排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,随结构损伤增大楼层内力增加幅度减小。     

地铁车站结构下穿地表建筑地震响应分析

基于ABAQUS软件建立了地表结构—土—下穿地铁车站结构大型三维有限元数值模型,数值分析了下穿地铁车站结构在不同类型地震波作用下的地震响应规律,并将下穿一体化地铁车站结构与下穿密贴地铁车站结构计算结果进行对比分析,探讨了下穿地铁车站结构的地震响应特性。结果表明:下穿密贴地铁车站结构的整体性相对较差,车站结构与上部结构出现了滑移现象,车站顶层层间相对水平位移较小,其余层的层间相对水平位移较大;下穿一体化地铁车站结构受力相对较大,各构件连接处及各层中柱依然是抗震设防的重要部位,建议下穿地铁车站中柱采用高强高延性的钢管混凝土柱或型钢混凝土组合柱;中远场地震波能够对中软土场地中下穿地铁车站结构的位移、加速度和内力等动力特性产生显著的影响。     

Influence of a subway station on the inter-story drift ratio of adjacent surface structures

The existence of a subway station changes the original site conditions, local ground motions and, as a consequence, the seismic response of adjacent buildings. The paper investigates the effects of the Zhujiang Road subway station in Nanjing, China, on the response of buildings close to the station, when subjected to an earthquake with a probability of exceedance of 10% in 100 years. The shape and magnitude of the inter-story drift ratio (IDR) of buildings placed at different distances from the station are investigated using the generalized inter-story drift spectral analysis, in which structures are represented as combined shear–flexural beams. The analysis shows that there are two key factors that affect the response of buildings in the presence of an underground structure: the fundamental period of the building and the distance between the building and the station. Comparisons of the IDR of buildings obtained when the underground structure is included in the calculations and when it is not, indicate that the errors increase as the distance of the building to the subway station decreases, in particular for buildings with short fundamental periods. It is observed that the presence of the subway station increases the flexural deformation demand of short period structures, while for long-period structures, the subway station increases the shear deformation demand.     

广州珠江新城东塔罕遇地震作用弹塑性分析

广州珠江新城东塔为高530 m的复杂超高层建筑,设计采用了劲性钢筋混凝土核心筒+外围巨型框架+钢伸臂桁架的结构抗侧力体系。运用ABAQUS与BEPTA程序,考虑结构几何非线性,采用显式积分的方法,对该结构进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,以检验结构在罕遇地震作用下的抗震性能。研究结果表明：通过在顶部收进较大的核心筒剪力墙内埋设钢板加强,错洞墙剪力墙内埋设钢骨桁架加强,与剪力墙连接的环桁架在剪力墙内贯通后,在罕遇地震作用下结构的层间位移角满足规范要求;首层剪力墙和巨型柱均具有较高的受拉承载力;各主承重构件均未出现明显损坏,结构抗震性能较好。     

大跨斜撑无柱地铁车站结构地震响应分析

为研究大跨斜撑无柱地铁车站地震响应特性,基于三维静-动力耦合非线性有限元模型,分析在不同地震动作用方向下的地震响应规律,揭示结构地震损伤演化过程。分析表明:设防地震和罕遇地震作用下车站结构的最大层间位移角分别为1/1 352和1/602,满足规范要求;地震作用对斜撑轴力、侧墙端部剪力和底板跨中弯矩的放大作用显著;随输入地震动强度的增加车站顶板加速度放大系数依次减小,竖向地震动对相对竖向位移的影响不可忽视;斜撑两端、墙板交界处和开窗周围区域是结构的抗震薄弱部位;强震作用下,车站结构塑形损伤积累且地震动空间效应显著,宜按空间问题进行抗震分析。研究成果可为类似结构的抗震设计与分析提供参考。     

防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构基于能量平衡的抗震塑性设计

为确定防屈曲支撑在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了基于能量平衡的防屈曲支撑 钢筋混凝土框架结构抗震塑性设计方法。构建了结构的“强柱弱梁”整体屈服机制,采用侧力比将总结构体系离散为防屈曲支撑体系和纯框架体系,并建立了结构的双线性能力曲线。基于能量平衡方法计算结构的设计基底剪力并分别得到支撑体系和框架体系的设计侧向力,进而完成支撑的截面设计。按照塑性内力分配机制和考虑支撑屈服后性能,计算梁柱构件内力需求。以一幢5层结构为例,分别设计了不同侧力比的14个结构模型,对比了基底剪力、防屈曲支撑面积和梁柱钢筋用量等。通过22条地震波下的弹塑性时程分析,研究了不同侧力比结构的最大层间位移角、屈服机制、楼层剪力比、支撑最大位移延性、累积位移延性和结构残余层间位移角。分析结果表明：所提出的方法能实现结构的预期失效模式,并满足结构的抗震性能要求,并建议设计侧力比选取在0.3~0.5之间。     

装配整体式剪力墙模型结构振动台试验研究

为了研究装配整体式剪力墙结构的抗震性能,设计并制作了1个12层1/5装配整体式剪力墙模型结构,选用3条地震波,通过振动台试验,研究了装配整体式剪力墙模型结构的动力特性、加速度放大系数、楼层剪力和位移及最大层间位移角等动力响应,并记录了裂缝形态。试验分析表明：模型结构的自振频率在完成第一阶段水准地震波输入后下降约20%;随峰值加速度增大,模型结构自振频率减小,加速度放大系数逐渐降低,楼层剪力逐渐增大;在塑性阶段,预制墙板顶部或底部与现浇楼板连接部位出现多条水平裂缝,且沿模型高度分布较为均匀,模型结构的非线性变形明显,层间位移角显著增大,自振频率显著降低;采用层间位移角对其进行抗震性能评价,在8度抗震设防时该结构具有良好的抗震性能,但应加强预制墙板与楼板的连接,增强其整体性,避免楼层通缝的出现。     

转换层的设置位置对高层建筑抗震性能分析

通过ETABS有限元软件研究分析了带转换层的筒体结构的抗震性能,对带转换层的筒体结构分别设置转换层并进行振型反应谱法分析,研究转换层设置高度不同时对结构周期、楼层位移、层问位移角、楼层剪力、倾覆力矩的影响。