典型地铁车站结构振动台模型试验

为了了解地下结构在地震作用下的响应,对地铁车站结构进行了振动台模型试验,从相似关系比的确定、模形箱的设计、结构模型的制作、测点的布置、模型土的配制、地震波的加载等方面介绍了振动试验,并分析了部分试验现象.试验结果表明,在强地震作用下,地下结构会受到损害.     

地铁车站结构的地震能量反应

将地基土-地铁车站结构体系视为平面应变问题,采用Davidenkov动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,研究了中远场地震动和近断层地震动作用下地铁车站结构的能量反应特征.结果表明,地铁车站结构的阻尼耗能和滞回耗能随地震动作用时间单调增加,输入地震动特性对地铁车站结构的能量反应特征有显著影响;中柱的滞回耗能分布沿结构层间自下向上依次减少;侧墙的滞回耗能主要分布在顶层和底层;梁板的滞回耗能分布较为均匀,但顶板的耗能相对较多;中柱的滞回能量耗散最为集中,在地铁车站结构的抗震设计中应加强中柱的抗震措施.     

可液化场地桩基桥梁结构地震响应振动台试验

实施了可液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验,研究桩基桥梁结构地震响应特征.试验再现了自然地震触发场地液化与结构破坏的主要宏观现象.小震输入下,地基动力反应较小,孔压在输入波峰值到达后几秒内达到峰值,并很快进入消散阶段,近桩区与远桩区峰值孔压差别很小,砂层上部轻微液化;桩-柱墩表现为弹性动力变形,地基对桩地震反应约束效应较大,桩在砂层中动应变大于粘土层中动应变;由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用,致使桩在上覆粘土层中动应变远大于柱墩动应变.大震输入下,砂层很快全部液化且发生强烈剪切流动,孔压在输入波峰值到达瞬间增大,而后缓慢上升至峰值,消散也很慢,近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压;墩顶配重产生较大惯性力作用,加之砂层全部强烈液化使得桩-柱墩动力反应十分强烈,导致桩上部嵌固点发生大幅度上移,且在砂层与上覆粘土层过渡带附近出现大范围破裂、在粘土层中折断.     

地铁车站地震破坏离心机振动台模型试验研究

为揭示地下结构地震破坏机理,采用离心机振动台试验模拟地铁车站地震破坏过程.试验利用低强度微粒混凝土和钢丝制作了1∶50的单层双跨地铁车站模型;采用砂雨法制备了相对密实度为45%的地基模型并用硅油对其饱和;研制了适用于不同尺寸地基模型的真空饱和装置;监测了在离心加速过程中和峰值加速度分别为0.08g和0.20g的宁河波作用下地下结构及其周围土体的响应.试验结果表明：在车站结构和上覆土体自重作用下,车站立柱承受较大的轴向压力;在弱震（0.08g）作用下,结构附近土体超静孔隙水压力消散明显快于同深度其他位置土体;在强震（0.2g）作用下,3根立柱柱底发生破坏,是整个车站结构的薄弱点,车站侧墙与底板交界处出现明显裂缝.     

砼空心砌块结构在近场和远场地震作用下的抗震性能分析

选取某六层混凝土空心砌块结构,用时程分析法比较在不同场地条件和抗震设防烈度下,其在近场及远场地震作用下的反应．通过分析结果及相应图表,最终得出：在相同场地条件与设防烈度下,其结构在近震作用下的反应要大于远震的．     

地铁地下车站结构的地震反应特性研究

通过Davidenkov动力本构模型模拟土体、动塑性损伤模型模拟混凝土的动力特性,建立土-地铁地下车站相互作用的二维有限元分析模型,研究地铁车站结构的地震损伤演化规律和能量反应特性,结果表明:地震动特性对地铁车站结构的能量反应特征有明显影响,地铁车站结构的阻尼耗能和滞回耗能逐步增加;通过滞回耗能密度衡量各构件滞回能量耗散的集中效应,发现中柱的滞回能量最为集中,说明地震动作用下中柱的动力反应最大;通过对地铁车站结构的地震损伤过程研究,发现局部和整体损伤指数时程变化规律一致,在变形累积效应下表现出递增特性.     

可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用大型振动台试验研究

采用大型振动台试验,研究可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用。试验很好再现了自然地震触发场地液化与结构破坏的主要宏观现象。小震输入下,地基动力反应较小,孔压在输入波峰值到达几秒内达到峰值,并很快进入消散阶段,近桩区与远桩区峰值孔压差别很小,砂土层上部轻微液化;桩－柱墩表现为弹性动力变形,地基对桩地震反应的约束效应较大,桩在砂土层中动应变大于黏土层中动应变;由于上覆粘土层对桩的嵌固与墩顶配重惯性力的共同作用,致使桩在上覆粘土层中动应变远大于柱墩动应变。大震输入下,砂土层很快全部液化而发生强烈剪切流动,孔压在输入波峰值到达瞬间增大,而后缓慢上升至峰值,消散也很慢,近桩区峰值孔压远大于远桩区峰值孔压;桩－柱墩动力反应十分强烈,由于墩顶配重较大惯性力作用,加之砂土层全部强烈液化,致使桩上部嵌固点发生大幅度上移,并在砂土层与上覆粘土层过渡带出现大范围破裂且于粘土层中折断,下伏粘土层对桩的嵌固作用失效。试验成果,有利于合理认识可液化场地桩－土－桥梁结构地震相互作用,并为可液化场地桩基桥梁地震安全性评价与抗震设计积累宝贵的基础资料。     

交叉地铁车站地震响应分析

结合某正在规划中的相互穿越地铁车站结构,考虑单个地铁车站和两个交叉地铁车站的情形,分别建立各自的计算模型,计算在该地区人工地震波作用下地铁车站的地震响应,分析交叉地铁车站的地震响应规律以及两交叉地铁车站地震响应的相互影响规律。计算分析表明:该交叉地铁车站满足该地区的抗震要求;浅层地铁车站的相对变形要大于深埋地铁车站;下层地铁车站的相对变形较小,柱端弯矩较小,但由于埋深大,其底板弯矩较大;下层地铁车站的存在为上层地铁车站起到了一定的隔震作用。研究成果可为地下相互穿越工程的抗震设计提供参考。     

地震作用下大型地铁车站结构三维动力反应分析

基于ABAQUS软件建立了大开洞连体并行地铁地下车站结构的三维有限元数值模型,考虑近远场地震波的频谱特性、混凝土塑性变形及损伤的影响,数值模拟了不同地震类型作用下,连体并行地铁车站结构非线性地震反应特性的差异.结果表明：地震波的频谱特性对连体并行地铁车站结构的动力响应及损伤有很大影响,地震波主频率与结构自振频率越接近,结构损伤越严重;连体并行地铁车站结构拉、压损伤分布呈左右对称,开洞侧墙的顶部和底部、洞口两侧45°扇形范围内结构的楼板及中柱损伤最为严重;连体并行地铁车站结构侧墙开洞比例小于1/3时,开洞层的位移变化率最大,具有显著的空间效应,应当按空间问题进行地震反应分析,当侧墙开洞比例大于2/3时,开洞层的位移变化率不变,可近似按平面应变问题处理.研究成果对提高该类地铁车站结构的抗震性能提供了合理的参考与指导.

     

地铁暗挖车站近接既有结构施工响应分析

以北京地铁15号线奥林匹克公园站近接既有隧道结构为工程背景,采用三维数值模型对其施工响应进行分析和动态模拟,并与现场实测进行对比,可得以下结论:上部小导洞开挖引发的地表沉降占总位移的69.3%,为暗挖车站近接既有结构施工的关键步序;上部小导洞开挖建议采取超前注浆加固、缩短开挖进尺、及时施作桩顶冠梁及钢管柱等;地表沉降最大值位于暗挖车站中线部位,影响范围为车站中线两侧约40 m;暗挖车站施工完成后,既有隧道结构竖向位移最大值为11.06 mm,满足规范安全要求。     

不同场地条件地震作用下曲线桥振动台试验

为研究不同场地条件地震对曲线桥结构响应的影响,以一座5%纵坡的曲线桥为研究对象,设计了缩尺比例为1∶10的曲线桥缩尺模型,选取不同场地条件的地震波进行了振动台试验.研究结果表明:场地条件对曲线桥结构响应的影响显著,从Ⅰ类到Ⅳ类场地,曲线桥结构响应逐渐增大,双向地震激励下结构响应较单向激励显著;主梁结构响应具有空间性,顺桥向地震激励时,主梁平动的同时沿固定墩产生转动,横桥向地震激励时,主梁则以平动为主;曲线桥结构响应与曲线桥和主震方向的相对位置有关,平行于主震方向时,切向位移显著,垂直于主震方向时,径向位移更加敏感;桥墩位移方向与地震激励方向夹角越小,相应的位移响应越大.墩高越高,桥墩位移的放大作用越显著,固定墩切向位移对地震响应比较敏感;当曲线桥平行于主震方向单向激励时,低墩处支座容易脱落,双向激励和垂直主震方向时,高墩处支座容易脱落,在曲线桥抗震设计分析中应予以重视.     

液化场地桩基加速度反应试验与数值模拟

为研究液化场地桥梁桩基加速度反应特性,采用自编的土-结地震相互作用有限元分析程序,输入三种试验记录工况,进行可液化场地桥梁桩基地震反应振动台试验与数值模拟.结果表明:三种地震输入下,自下而上沿桩-柱墩长度方向,加速度峰值放大系数变化基本一致且均出现在10～20s时段内,加速度时程曲线的形状也极其相似;压缩0.15g El Centro波输入下加速度反应在砂土层与黏土层过渡带有增大趋势、在地表则有一定程度减小,且压缩0.15g El Centro波较0.15g El Centro波输入下均偏小,0.15g El Cen-tro波输入下自下而上桩的加速度时程幅值和峰值放大系数的试验值、计算值均一直有较大幅度增大;0.5g El Centro波输入下,加速度时程幅值的计算值和试验值在桩折断位置之下一直增大、至砂土层与黏土层过渡带则大大减小,加速度峰值放大系数的试验值和计算值在砂土层与黏土层过渡带突变增大、而在地表则明显减小,且较0.15g El Centro波输入下桩的峰值放大系数要偏小.     

CFRP-EMD加固灌浆套筒连接装配式桥墩振动台试验

为研究受力筋灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩的抗震加固方法,以受力筋灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩和灌浆套筒-预应力筋连接装配式混凝土桥墩为研究对象,设计制作了两个1/6缩尺模型,并依据二者的震害特点提出了一种采用碳纤维复合材料-外置金属耗能装置(简称CFRP-EMD)的组合加固方法。选取近断层地震波作为输入,开展了单、双向激励下模型桥墩的振动台试验,从试验现象、基本动力特性、地震响应规律等方面分析了CFRP-EMD对两类装配式混凝土桥墩的加固效果。结果表明：地震作用下两类试件的主要震损包括墩身开裂、墩底接缝开合、接缝混凝土剥落压碎等;附加预应力筋连接可提高构件刚度和自复位能力,降低墩身和接缝的损伤速率和损伤程度;采用CFRP-EMD组合加固能够显著提高震损装配式构件的刚度、抗震变形能力和耗能能力;CFRP-EMD加固后灌浆套筒-预应力筋连接装配式混凝土桥墩的塑性变形更加合理。提出的组合加固设计方法和实施原则可用于装配式混凝土桥墩抗震加固中。     

核设备设计地震动包络标准PSD的拟合及试验研究

核设备的抗震设计是核电厂抗震领域的一个重要问题,为了实现核电厂设备典型反应谱(RRS)匹配和标准功率谱密度(PSD)包络的设计地震动拟合,提出了一个标准PSD生成方法,该方法基于2014版《标准审查大纲》(SRP)建议的核电厂厂址设计地震动拟合方法,考虑迭代相关及随机相位谱对迭代收敛效率的影响,并通过在传统频域法拟合人...     

不同土性地基中地震波传递的振动台模型试验研究

通过对地基土质从软到硬的三个阶段结构———地基动力相互作用体系振动台模型试验所取得数据的对比分析,讨论了不同土性地基对地震波传递的影响.表明地基土层对地震动的影响与场地土特性、地震动大小等有关,不一定是放大作用,也可能起滤波和隔震作用.     

装配式轻钢框架-轻钢桁架结构振动台试验研究

为研究装配式轻钢框架-轻钢桁架结构的抗震性能及桁架式"L"形柱的震坏机理,进行了一座两层房屋的足尺模型振动台试验.对模型进行42个工况的地震波输入,运用模态分析理论识别了模型结构的动力特性,分析了加速度响应、位移响应和应变响应的变化规律.研究表明:在地震波加速度峰值从0.07g逐渐增大到0.9g的过程中,结构自振频率逐步下降;加速度放大系数逐渐降低;最大层间位移出现在首层,在8度基本地震动和8度罕遇地震动时的最大层间位移角分别为1/268和1/164,低于多层钢结构的弹性层间位移角限值和弹塑性层间位移角限值;结构能满足"两阶段、三水准"的抗震设防要求.模型中的桁架式"L"形柱在8度基本地震动时处于弹性状态,在8度罕遇地震动时有部分桁架节点处焊缝开裂并进入塑性状态,在9度罕遇地震动时结构塑性变形加大但仍有一定安全储备,在9度极罕遇地震动时刚度严重退化.结构在经历了渐进的塑性变形过程后,仍保持一定的承载能力,具有较好的延性,可在高设防烈度地区应用.     

长周期地震动作用下高层框架结构的损伤分析

为了研究长周期地震动作用下高层框架结构的抗震性能,利用地震损伤评估体系对高层结构进行损伤分析.在分析总结结构地震损伤模型的基础上,以一幢12层混凝土框架结构建筑为研究对象,利用振动台试验结果,采用数值模拟方法,从结构整体损伤和材料损伤2个层次进行了长周期地震动作用下高层框架结构的损伤分析,并与普通地震动作用下的结果进行了比较研究.结果表明：长周期地震动作用下结构的整体损伤指标明显大于普通地震动作用的结果,且混凝土损伤分布范围更广,为高层结构基于性能的抗震设计提供了参考.     

桩端岩溶顶板地震动力特性的振动台试验研究

为研究溶洞顶板在桩端荷载及地震共同作用下的动力特性和破坏特征,依托渝黔铁路复线周家湾大桥桩基工程,基于分离相似设计方法确定岩质材料、模型桩和地震波的主控参数,通过19组配比试验得到振动台试验用的岩体相似材料配比指标,最后考虑不同顶板厚度及溶洞直径的影响开展岩溶桩基小型振动台模型试验.结果表明:溶洞的存在改变模型的局部基频及动力特性,对地震波的传递起到阻碍及能量消散作用;波的频谱变化与上部荷载大小无直接关系,桩端荷载和地震共同作用下产生的桩端裂隙造成地震波整体幅值的下降,引起模型基频的变化;模型内部裂纹随地震波加速度的增强而增多,造成阻尼比逐渐增大,使得振动主频降低;同类型地震波之间仅幅值有所差别,不同类型地震波作用下的频谱分布差异较大;各测点的应变均随地震峰值的增加而增大,溶洞直径较小时顶板临空面处易发生剪切破坏,而溶洞直径较大时表现为整体的冲-剪破坏.