无柱加腋地铁车站土-结构模型振动台试验

以南宁地铁5号线金桥站为工程背景,根据模拟地震振动台试验的相似性理论,考虑地铁车站结构与土的材料性能、几何特性以及模型结构动力试验的相似关系等,设计制作了用于模拟地震振动台试验的无柱加腋地铁车站模型结构和试验用模型箱。选取El Centro地震波、Taft地震波和南宁人工地震波,同时考虑地铁车站结构上覆土厚度等参数的变化,进行了多种工况下的模拟地震振动台试验,研究了考虑地铁车站土-结构相互作用的无柱加腋地铁车站模型结构的地震响应特点和主要变化规律,分析了上覆土厚度对模型结构动力响应的影响,考察了结构抗震的薄弱部位和主要损伤区域。采用ABAQUS有限元软件建立考虑地铁车站土-结构相互作用的三维空间有限元模型,进行了相应工况下的模拟地震有限元时程分析,并与振动台试验结果进行了比较。结果表明:有限元模拟结果与振动台试验结果吻合较好,说明建立的有限元模型和分析方法可靠有效; 3种地震波下模型结构的主要地震响应特点基本相同,其加速度响应和位移响应都随输入峰值加速度的增大而增加; 上覆土厚度是影响车站模型结构加速度响应的重要因素,当上覆土厚度较薄时,车站模型结构的位移响应较大; 模型结构的侧墙与底板、中板连接的加腋处是开裂和损伤最严重的区域,侧墙裂缝呈竖向发展,并出现多道连续裂缝,应引起重视。     

考虑双向地震作用的无柱地铁车站振动台试验研究

国内地铁车站一般采用有柱形式,目前尚无针对无柱地铁车站,考虑水平以及竖向地震作用下的抗震性能研究。以南宁地铁五号线金桥无柱地铁客运站为研究对象,开展多种工况下考虑土–结构相互作用以及水平和竖向地震作用下,无柱大跨地铁车站模型的地震振动台模拟试验,研究该类车站模型结构和周围土体地震响应的一般规律。试验结果表明:(1)模型地基加速度响应随着地震动幅值的增加而增大;在地基深处地震动主要以竖向Z方向加速度分量为主,在土层表面,则以横向X方向加速度分量起主导作用。(2)随着地震动幅值的增加,结构的基本频率呈现逐渐下降的趋势;在水平地震动作用下,水平方向测点加速度反应傅里叶谱在20～40 Hz高频成分逐渐增大,而低频成分逐渐被滤掉。(3)竖向地震动作用下无柱地铁模型结构中板变形较大,且双向地震作用下模型结构的加速度峰值均大于单向地震。(4)当地震动作用较大时,土与结构相互作用剧烈,底板与土体出现了脱离现象,模型结构底部的土压力出现了降低趋势。(5)在大震作用下,模型结构的破坏主要集中于顶板与侧墙交接处,且沿着加载方向出现了细微裂缝,车站顶板与侧墙连接处以及中板为该类车站结构薄弱位置,在设计中应对这些部位进行加强处理。(6)无柱地铁车站的中板应力增幅受双向地震作用下的影响较大,在加速度峰值为0.484 g的EL Centro波作用下,中板处的应力峰值为单向地震作用下的2.5倍左右;而加速度峰值可为单向地震作用下的1.4～1.5倍,故双向地震作用对无柱地铁车站的影响不可忽视。     

地铁车站结构振动台试验及地震响应的三维数值模拟

利用FLAC3D对典型地铁车站结构振动台模型试验进行三维数值模拟,所建立的计算模型包括:(1)计算区范围与模型箱尺寸一致;(2)采用Davidenkov模型描述模型土的非线性变形特性,而结构模型采用弹性模型;(3)由于不考虑模型箱在振动过程中的变形,因此动力边界条件取为加速度边界;(4)地震荷载的输入与试验时地震波输入一致。计算结果包括模型土和车站结构的加速度响应规律、车站结构的动应变以及土–结构间的动土压力。计算结果与振动台试验结果吻合较好,说明采用的方法能较好地模拟模型土的动力特性,反映车站结构的动力响应及土与地铁车站结构间动力相互作用的规律。该研究工作能为建立典型软土地铁车站结构地震响应的三维计算方法提供基础。     

桩–土–斜拉桥动力相互作用体系振动反应特性试验研究

大跨斜拉桥结构自振频率和阻尼较低,其地震响应可能受桩基础和场地土特性的影响较大,然而目前为止,由于试验条件和技术所限,尚缺乏相关的包括桩基础、场地土和上部结构在内的全模型振动台试验研究。以一座试设计的主跨1400 m超大跨斜拉桥为原型,设计并完成了一座几何相似比为1/70,且包括群桩、人工土和上部结构在内的试验模型,采用多点振动台试验技术,研究了不同加速度峰值和不同频率成分地震作用下桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的振动反应特性。试验结果表明:桩–土–结构相互作用对斜拉桥地震响应产生影响,其影响程度与地震输入频谱特性密切相关;在纵向一致激励下,桩–土–结构相互作用受地震动加速度峰值的影响不明显,在横向一致激励下,桩–土–结构相互作用随地震动加速度峰值的增大而减小;主塔高阶振型对其地震响应的贡献明显;地震输入频谱特性影响桩–土–斜拉桥动力相互作用体系的地震响应,特别是在具有丰富长周期成分的Mexico City波作用下主梁竖向地震响应显著增大。     

无梁楼盖地铁车站结构抗震性能研究

为了解无梁楼盖地铁车站结构的抗震性能,基于ABAQUS软件开展三维非线性地震响应的数值模拟,分析了3种地震波不同峰值加速度作用下的反应特性,并与常规车站进行对比。结果表明,无梁楼盖地铁车站于小震时仍保持较好的抗震完整性,但大震下呈现出脆性破坏的特点,地震波的峰值加速度大小是导致车站结构震害程度的关键因素;2种车站结构的震害及加速度响应程度与输入的地震波类型关系密切;车站结构的加速度响应沿车站纵向具有空间效应;中柱对车站的抗震性能贡献不明显,是抗震的薄弱构件,通过改变中柱截面从而改善车站结构的抗震性能作用并不理想。     

地铁车站主体结构地震响应数值模拟分析

为实现沈阳地铁车站主体结构的抗震模拟分析,以沈阳地铁某车站为工程背景,应用有限元计算软件Midas-GTS,研究在El Centro水平地震动作用下,车站主体结构的地震响应特性。研究结果表明,构件连接处位移较大,构件连接处的节点相对位移峰值与地震荷载加速度峰值出现时间相同。在时间2s附近,危险截面的纵向相对位移最大,与地震波最大加速度时间一致;节点加速度峰值出现在柱顶,水平位置相同高度越高的节点的加速度峰值越大;结构构件连接处的节点应力较大,是车站结构抗震的薄弱环节,应在设计时进行合理的加固处理。     

桩-土-结构动力相互作用体系振动台模型试验研究

基于桩-土-结构动力相互作用体系振动台模型试验的数据,研究了动力相互作用体系对上部结构的影响.研究结果表明:由于动力相互作用体系的影响,上部结构频率减小,阻尼增大;在输入地震波加速度峰值较小时,桩-土体系对地震波起放大作用,输入地震波加速度峰值较大时,桩-土体系起减震作用;在地震波由振动台台面传到土体表面的过程中,桩-土体系改变了地震波的频谱成份.     

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。     

地裂缝场地地铁车站动力响应振动台试验研究

地震和地裂缝耦合作用严重威胁着地铁工程的安全.通过开展地裂缝场地(穿越地裂缝)地铁车站结构模型的振动台试验,分析了地震作用下地裂缝场地土的加速度反应、裂缝发展和车站的加速度、应变等动力反应规律.试验结果表明:模型土在临近地裂缝的一定范围内地震响应较大,且距地裂缝相同距离处,上盘的加速度响应整体上大于下盘;地裂缝场地地铁...     

近远场地震作用下液化地基上地铁车站结构动力损伤特性的振动台试验

考虑近、远场地震动作用,针对可液化场地条件下的三跨三层地铁车站结构,进行土-地下结构动力相互作用振动台模型试验,分析地铁车站结构的加速度、侧向水平位移和动应变的反应规律,研究近远场地震作用下可液化场地上地铁车站结构动力损伤特性。结果表明:不同高度处的加速度反应存在差别,结构中下部的加速度反应大于其他位置的加速度反应;比较结构侧墙和结构侧边地基土的的峰值加速度值,发现液化场地条件下结构某些部位的峰值加速度反应可能比周围场地的峰值加速度反应要大;车站结构中柱的应变反应最大,侧墙的反应次之,板的反应最小,并且底层中柱的应变反应最大值大于顶层和中层的中柱应变反应最大值。采用应变损伤度衡量结构的破坏程度,在地震动作用下车站结构底层中柱底端的损伤程度最为严重。     

城市典型地铁车站结构地震响应分析

以武汉某典型两层三跨岛式地铁车站为工程背景,考虑土—结构相互作用,利用有限元软件ABAQUS对该地铁车站在水平向及水平向与竖向地震动联合作用下的地震响应规律进行了研究,研究结果可为地铁车站抗震设计提供参考。     

可液化场地地铁车站结构地震破坏特性振动台试验研究

模拟大震主、余震地震动作用,开展了石膏模型的三层三跨地铁地下车站结构地震破坏特性的振动台试验,测试与分析了可液化地基土的加速度、振动孔压、地表震陷和模型车站结构的加速度、水平向相对位移、应变、侧墙动土压力反应及其空间效应,再现了喷水冒砂、地表裂缝、震陷及模型车站结构上浮、构件裂缝及局部破损等宏观震害现象。研究结果表明：在主震作用时,地基土液化持续时间长、振动孔压消散趋势不明显,地基土的加速度放大效应降低,液化地基呈现出显著的减震与低频集中效应;余震作用时地基土振动孔压的消散较为明显;模型结构峰值加速度反应沿高度增大,侧墙动土压力反应沿高度呈中间小、两端大的分布模式;模型结构中柱的峰值应变反应最大,且中柱左右两侧的峰值应变与损伤程度沿高度呈S形分布;可液化地基土与模型车站结构的地震反应存在显著的空间效应现象。     

地铁车站结构地震反应模拟分析

应用ABAQUS有限元分析软件对天津市滨海新区不均匀软土场地地铁车站在地震作用下的反应进行模拟分析,从车站抗震性能、土-地铁车站结构位移、有无地下连续墙存在时的地铁车站结构应力及土-地铁车站结构动力相互作用等方面展开研究。研究结果表明:覆土层厚度对地铁车站结构应力、应变有一定影响,设计时应充分考虑;地震作用下,车站中柱底部及中层楼板应力较大,且柱与楼板交接点范围内应力较大;不考虑地下连续墙影响时,地铁车站结构位移及应力均明显增大,不利于结构抗震设计。     

饱和软土场地中地下结构非线性地震响应分析的一个FEM-IBEM耦合方法

基于Biot孔隙介质理论,提出了饱和软土场地中地下结构非线性地震响应分析的一个有限元–间接边界元(FEM-IBEM)耦合方法。方法考虑了饱和土骨架与孔隙水的动力耦合作用及饱和土–结构动力相互作用,并通过等效线性化方法考虑土体的非线性。该耦合方法的特点之一是有限元子域和间接边界元子域相互独立,非常适合并行计算,提高计算效率;特点之二是能够同时考虑有限元子域(近场)和间接边界元子域(远场)的土体非线性。通过与文献结果对比,验证了FEM–IBEM耦合方法的正确性和计算精度。以天津滨海地区一典型深厚饱和软土场地中两层双跨地铁车站为例,计算了地铁车站结构的地震内力和变形,并比较了饱和土体线性和非线性情况下地铁车站地震响应的差别,和饱和土体模型和单相土体模型情况下地铁车站地震响应的差别。研究表明:土体非线性对地铁车站结构的地震内力和变形具有显著影响;饱和土骨架和孔隙水的动力耦合作用对地铁车站结构地震内力和变形也有明显影响。     

地震斜入射下大跨地铁车站动响应分析

为分析地震动斜入射下大跨拱顶地铁车站结构的抗震性能,以沈阳地铁2号线新乐遗址站为研究对象,基于粘-弹性人工边界,同时考虑土-结动力相互作用,采用ANSYS软件对其在SV波作用下的动力响应进行了分析,结果表明:与垂直入射相比,地震动斜入射时的车站结构水平位移峰值将随入射角度增大呈增大趋势,且变化幅度递增;在结构不同位置,弯矩峰值或增大或减小。同时,地震动频谱特性对结构的动力响应影响显著。     

考虑地震动空间非一致性的地铁车站结构振动台试验数值研究

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,为深入了解粉质粘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,设计并完成了粉质粘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。采用ABAQUS软件建立了三维有限元模型,模拟考虑非一致波动输入的地铁车站振动台试验模型。对比了有限元试验模型与振动台试验的基频和加速度结果,以及有限元试验模型与实际地铁车站有限元模型的内力和加速度结果。通过三者的相互验证,对非一致波动输入地铁车站振动台试验的方法进行了研究。     

悬吊结构减震性能的振动台试验研究

对悬吊结构博物馆文物陈列系统进行了振动台试验,研究在El Centro波、Taft波和兰州波作用下,结构自振频率、文物陈列系统重心变化、加速度响应、动力放大系数等对悬吊结构体系地震响应的影响。试验结果表明:文物陈列系统的地震响应不仅取决于输入烈度的大小,还与地震波的频谱特性及结构的自振特性等有关。当地震波强度较小(峰值加速度不大于0.20 g)时,悬吊结构体系减震效果不明显,且有地震响应增大的趋势;模型结构重心下降可以有效地降低文物的地震响应。当地震波强度较大时(峰值加速度不小于0.40 g),文物地震作用响应相应增大,晃动加剧,并出现移位、倾斜、旋转和倾倒等现象;与非减震结构相比,悬吊结构呈现出良好的减震性能;模型结构重心的降低有助于降低结构的地震响应。     

框架式地铁车站结构大地震近场地震反应特性的三维精细化非线性分析

基于 ABAQUS 软件的 32CPU 显式有限元并行计算集群平台,建立了深软地基土–框架式地铁地下车站结构体系三维精细化非线性地震反应分析的有限元模型,数值模拟了汶川大地震清平波、卧龙波和 100 a 超越概率 3% 的南京人工地震波作用下深软地基上三层三跨框架式地铁地下车站结构地震反应特性的差异。结果表明：大地震近场强地震动将对深软地基上地下车站结构造成严重损伤,甚至发生塑性破坏或坍塌,柱、楼板、侧墙的结合部位是抗震的不利位置,中柱为抗震最薄弱构件,输入近场地震动的峰值加速度和频谱特性对地下车站结构的地震反应均有很大影响;地下车站结构的地震反应具有明显的空间效应,且在大地震近场强地震动作用下地下结构会产生单向累积的永久位移;清平波、卧龙波作用下地下车站结构的地震反应远大于 100 a 超越概率 3% 的南京人工地震波作用下的地震反应;结构浅埋部分的地震损伤比深埋部分更大。     

小净距隧道垂直下穿单层车站地震响应规律研究

为了研究隧道垂直下穿车站结构地震响应问题,设计制作了粉质黏土场地中小净距隧道垂直下穿单层车站模型。利用振动台试验结果验证后的数值模型,通过输入不同峰值加速度的地震波,研究地下穿越结构的应力、位移、变形及加速度响应规律。研究结果表明：横向地震作用下,隧道非对称穿越车站会影响车站的地震响应特征,应力、加速度、变形的最大值偏离中柱位置;车站、隧道的内侧应力约为外侧应力的70～80%;车站中柱依然是抗震薄弱部位。     

单层钢框架结构振动台试验与数值模拟对比分析

基于振动台试验结果,采用有限元分析软件ETABS和时程分析法分别模拟单层钢结构模型在不同的地震波及地震加速度峰值条件下的地震反应。在相同加速度峰值的地震波作用下,模型结构的地震反应数值模拟结果与振动台模型试验实测结果吻合良好,证明本文的分析模型及方法是可行的,可作为振动台结构模型试验的辅助工具。