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。     

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。     

无柱大跨变截面地铁车站地震响应分析

以南宁某无柱大跨变截面地铁车站为工程背景,设计制作了合理相似比下的现浇无柱变截面地铁车站考虑土-结相互作用的振动台试验模型,选用El Centro地震波、Taft地震波和南宁人工地震波等,进行了多种工况下的模拟地震振动台试验,研究了考虑土-结相互作用时无柱大跨变截面地铁车站的抗震性能和抗震薄弱部位,总结了其地震响应的主要特点和一般规律。同时,还采用MIDAS/GTS有限元分析软件,建立了振动台试验模型的有限元分析模型,进行了考虑土-结相互作用时无柱大跨变截面地铁车站在多种地震响应下的有限元分析,探讨了这类结构在地震响应下的内力分布规律和地震响应特点,并与试验结果进行了对比。研究结果表明,不同加速度峰值地震波作用下,结构模型的加速度响应随着地震作用峰值加速度的增加而增大,且结构模型的应力响应随着地震作用强度的增大而增大。当同一加速度峰值地震波作用时,结构模型加速度响应为顶板大于中板大于底板,结构模型侧墙的相对位移响应随着结构模型高度的增大而增大。振动台试验中,结构模型裂缝主要集中在中板变截面和底板变截面与侧墙连接处,说明此处在地震作用时易发生震害,设计时应予以着重考虑。     

考虑初始静应力状态的土–地下结构非线性静、动力耦合作用研究

 针对已有研究方法的不足,开展土–地铁车站结构静、动力耦合作用理论和计算方法的初步研究,建立土–地下结构静、动力耦合非线性相互作用的物理力学分析模型,在此基础上开展一般场地上双层多跨大型地铁车站结构在静、动力耦合作用下的力学反应及其地震成灾机制研究。研究结果表明：在静、动力耦合作用下,双层多跨大型地铁车站结构构件出现地震震害的先后顺序为：中板与侧墙连接部位处的下表面、中柱顶底端、顶板与侧墙的连接部位下表面、底板侧跨中部上表面、顶板中跨与柱的连接部位上表面;(2) 中柱的顶、底端和侧墙的底部为抗震最不利的部位,当输入地震动强度较小时,这些部位只发生局部受拉或受压破坏,当输入地震动强度增强时,这些部位往往会发生受拉和受压破坏交替出现的严重破坏;(3) 具有脉冲特性的近场地震波更易造成地铁车站结构的动力损伤或地震破坏。     

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。     

明挖拱形结构在无柱大跨地铁车站中的适用性研究

无柱大跨地铁车站结构是一种特殊地铁结构体系,能够较大程度地改善地铁车站空间通透差、视野开阔性较低等缺点,同时可满足乘客对地铁车站大空间的需求。近年来在广州、上海、武汉等城市开始使用,由于取消了中柱,顶板的计算跨度成倍增加,拱形结构是一种可以承受较大竖向荷载的结构体系,本文以明挖拱形无柱车站结构体系作为研究对象,分析了拱形结构的矢跨比、水平基床系数、仰拱设置情况、拱顶线型对结构的影响,同时对比了不同站台宽度下结构内力、位移及造价,最后推荐合理的无柱大跨车站设计参数。本文相关研究成果可为类似工程提供有力的技术支持。     

侧向连续开孔地下综合体地震响应分析

周围地下空间开发结构与地铁车站连通形成地下综合体,在其相连接侧墙上进行开孔以方便通行,但开孔必定会对结构抗震性能产生影响,因此有必要分析其地震响应.以实际工程为背景,建立结构三维模型,分析不同开孔方式对结构地震响应的影响,确定地下结构空间效应以及抗震薄弱部位.分析结果表明:地下综合体中车站部分的层间位移角、柱端水平弯矩...     

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。     

震后火作用下装配式地铁车站抗火性能分析

摘 要：预制装配化是地铁车站建设的一个重要发展方向,其震后火性能研究目前还相对较少。本文建立单层双跨装配式地铁车站三维有限元模型,采用远置边界和HC标准升温曲线,考虑火源位置不同,分别对地震、火灾以及罕遇地震后火灾3种工况下的地铁车站进行变形对比分析。研究结果表明：地震作用下地铁车站呈“M”形破坏,火灾作用下和震后火作用下地铁车站中柱产生弯曲变形;火灾作用下,与顶板和侧墙相比,中柱升温最快,单跨受火时,中柱柱顶与柱底相对位移迅速增大,随后趋向稳定,全跨受火时,中柱变形初始发展较慢,随后突然增大;顶板在单独火灾下与震后火两种工况下的挠度发展趋势相近,侧墙两种工况下变形初始发展相似;单独火灾下与震后火下构件内力反应发展规律相似,考虑地震损伤后,各构件内力变化更明显。     

强震作用下软土地区中庭式地铁车站的响应分析

震害案例中强震作用会导致软土地下结构的倒塌破坏。中庭式地下建筑其结构水平向不连续,有待分析其在强震下的地震响应。采用有限元方法进行中庭式地铁车站结构的强震作用动力时程分析,设定车站位于上海典型软土地区,其结构同时具有标准两层三跨式箱型结构和大开口中庭式结构,分析对比设防烈度地震作用和强震作用下结构标准段和中庭段部位的地震响应特征。所得数据表明,设防烈度地震和强震作用下,结构的位移响应和内力响应特征一致,但强震作用下中柱柱端、中庭段横梁梁端、以及板墙相接处易进入塑性变形状态,是地铁车站结构抗震能力的薄弱部位。     

附加边跨层地铁车站地震响应与破坏过程分析

以往地下结构抗震研究大多数针对结构形式简单的车站结构,对于结构形式复杂的地下结构组合体研究较少。利用现有地下结构抗震设计中的动力非线性时程方法,对包含三层三跨的主体结构及两层三跨附加结构的大型地铁车站结构的抗震性能进行了动力数值模拟分析。主要探讨了地震作用情况下附加边跨层地铁车站的主体结构和边跨层结构的变形特性,车站结构构件以及整体动态损伤演化过程;描述了该类型地铁车站的抗震特性以及破坏损伤过程。结果表明:主体结构与附加边跨层结构间连接部分的存在对结构抗震是非常不利的;随着地震动的增大,主体结构相对于附加边跨层结构更加不安全。另外,主体结构侧墙底部以及两结构间连接部分是地震过程中结构的薄弱部位。     

两层双柱岛式地铁车站结构水平向非线性地震反应分析

采用在ABAQUS软件上开发实现的土体动非线性黏弹性模型模拟土的动力非线性,采用J.Lee提出的混凝土动力塑性损伤模型模拟隧道管片混凝土在循环荷载下的非线性特性,利用大型商业有限元软件ABAQUS对南京地区两层双柱岛式地铁车站结构的水平向非线性地震反应特性进行了数值模拟。数值分析表明:地铁车站在侧墙和顶板、中板和底板的连接处发生动应力集中现象,其中尤其是在中板和侧墙的连接部位动应力反应尤为严重;其次是上层中柱顶端和下层中柱底端出现很强的动拉压应力;在中板和中柱的连接部位也出现很强的动应力集中现象。这些计算结果表明,两层双柱岛式地铁车站结构的中柱和中板是地震反应最不利部位,这应引起地铁车站结构设计人员的重视。     

基床系数对明挖地铁车站结构内力影响分析

对于明挖地铁车站,大多设计者很少关注基床系数对结构内力的影响,针对明挖地铁车站常用的标准三跨结构形式,分别采用改变侧墙水平基床系数和底板竖向基床系数的大小并建立多个不同模型,在荷载等其他条件不变的情况下,对比分析结构顶板、底板、侧墙的内力变化,从而找出了改变基床系数大小对结构内力的影响。     

地下车站结构内力及邻近土体应力在强震中的响应

在正常使用过程中,造成地铁结构破坏的最可能原因是地震。因此,研究地震对地铁结构的作用对其建设和安全运营是非常重要的。作者针对北京地区的地质条件和典型的地铁车站结构进行了振动台试验。在本文中,主要对地铁地下结构振动台试验进行了数值模拟;然后结合振动台试验成果和反应位移法,对数值计算结果进行了分析,得到了以下主要结论:结构侧墙位移沿埋深变化的图形为剪切形,顶底板刚度在其平面内无限大,因此,地下结构可看作沿长度方向由无数个框架组成,框架之间通过顶底板和中楼板加强刚度而共同承担地震荷载;结构侧墙的位移小于其邻近土体的位移,前者仅为后者的1/4左右,两者差值则转变为土体因挤压侧墙而产生的挤密变形,而在反应位移法中,认为土体位移与结构位移相同,致使计算得到的结构内力变大;Kobe波、El Centro波、呼家楼波、北京人工波引起的相对位移峰值和弯矩峰值依次增加。     

地震作用下层状土中地铁车站变形规律研究

采用FLAC有限差分软件,通过简化模型和土层,在输入唐山地震-北京旅馆测点南北向地震动时程情况下,研究了层状土中地铁车站变形规律;同时,将变形计算结果输入到地下结构的SAP模型,计算了结构的内力。以北京地铁16号线某车站为例,进行了地震响应数值模拟分析,研究表明:均匀土层中结构侧墙变形大于双层(上软下硬)土中侧墙变形;且不同土层中结构侧墙变形曲线斜率明显不同;存在软硬土层交界面时,结构侧墙位移随交界面深度呈线性增加;软硬土层交界面位于结构底板以下,即当车站结构处于同一种地层时,结构侧墙位移随着距离软硬交界面距离的增加而减小。     

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。     

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。     

基于pushover法的地铁车站柱墙剪力比研究

层间位移角作为一项重要的抗震性能指标,往往用于评估地上或地下结构在正常使用条件下的水平位移,从而确保结构应具备的刚度。然而,由于地下地铁车站结构埋置于土体之中,受到周围土层的约束,其在地震作用下的层间位移角量值小、不易控制与监测。鉴于此,文章以典型两层三跨地铁车站为研究对象,基于大型有限元程序ABAQUS建立了土 车站结构非线性相互作用分析模型,开展了pushover弹塑性推覆分析,得到了车站结构各构件的剪力—层间位移角全过程曲线,并在此基础上确定了构件的关键性能点及其阈值,研究了地铁车站结构不同性能状态下中柱和侧墙剪力分配规律。分析结果表明,地铁车站下层中柱首先进入破坏状态;下层中柱剪力先增加后减小,但相较于车站侧墙,中柱分配到的剪力比例一直下降。在此基础上,进一步提出了归一化的柱墙剪力比作为评价地铁车站抗震性能的力学指标,可有效弥补单一位移指标的不足。     

地下车站结构抗震分析

为了研究地下车站结构的抗震性能,以哈尔滨地铁文化宫站为例,选取主体结构标准断面建立有限元模型,并进行静力作用下结构内力计算,分别采用反应位移法和时程分析法两种方法对车站结构进行抗震效应计算,最后将计算结果进行了对比,结果表明:与静力荷载产生的内力相比,地震荷载产生的内力不能忽略,并且在地震作用下,结构顶板、底板中部,两侧墙与板交接处应力和变形较大,容易发生破坏。     

软土典型地铁车站中柱减隔震优化设计

阪神地震中,地铁车站的中柱破坏尤为严重,不少学者的研究也表明,地铁车站在地震作用下,中柱的地震响应较为强烈。在以往相关研究的基础上,尝试在地铁车站中柱的柱端设置不同的支座,并通过有限元模拟研究结构在地震作用下的响应。结果表明,车站结构的位移响应与原结构相比相差不大,未设置支座中柱的内力有一定程度增大,但对于设置支座的中柱内力,尤其是剪力和弯矩相比原结构大幅度减小。