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.     

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。     

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。     

超大型地下洞室群的三维地震响应分析

在大型水电站、核电站的地下厂房及大型地铁车站等超大型地下洞室群结构的动力反应分析中 ,围岩的动刚度特性不仅涉及到围岩对结构的动力约束作用 ,而且也是地震动输入机制的关键和地下结构分析中的难点。采用阻尼影响抽取法研究了围岩动刚度的动力特性 ,提出了岩石地下结构抗震分析的实用算法。该算法具有较好的精度和计算效率。在此基础上对溪洛渡超大型地下洞室群的抗震安全性进行了评价。     

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...     

近距离地下穿越结构地震响应研究综述

鉴于设计和使用要求,近距离地下穿越工程大量涌现,形成了土体-相互穿越结构群复杂相互作用体系。多个地下结构出现近距离穿越情况时,在地震作用下结构与临近土体以及结构之间均存在动力相互作用,地下穿越结构体系的地震响应规律更加复杂。基于对大量实际近距离穿越工程案例的归纳整理,将地下穿越结构大体分为隧道相互穿越体系、隧道穿越地铁车站体系、地铁车站相互穿越体系。在总结地下穿越工程特点的基础上,分别阐述各穿越体系地震响应研究现状和进展,指出现有研究中存在的不足和问题,并对今后进一步研究的方向给出了一些建议。     

双层地铁车站的强地震反应分析

采用动力时程分析法对一双层地铁车站进行了地震反应分析.结果表明,地震引起的地基变形是影响地下结构动力反应的决定性因素,结构峰值变形反应与自由场峰值变形反应之间近似存在简单的线性关系.与地上框架结构相比,地下结构的地震变形反应相对较小,但内力反应很大.此外计算结果还显示,相对于设计基本地震加速度,地面与基岩间的水平峰值相对位移（PGRD）对于地下结构抗震分析及设计而言是一种更为合理有效的设计地震动参数.     

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。     

地下结构地震反应的主要特征及规律

目前,有关地下结构地震反应特征的一些重要的规律性认识仍然缺乏严格的理论推断或认识欠深入。文章基于地下结构地震反应的二维动力有限元数值分析模型,定量分析了场地土、结构以及土-结构体系的动力特性和土-结构柔度比对地下结构地震反应的影响。结果表明,对于地下结构而言,土-结构体系的动力特性主要受控于场地土的动力特性,地下结构地震反应主要取决于场地土的动力特性或基岩地震运动引起的场地土的体积惯性力和土-结构柔度比;结构顶底板水平最大相对位移、关键构件截面弯矩随着土-结构柔度比分别单调减小和增大,结构关键构件截面的剪力、轴力值和土-结构接触面的最大平均剪力系数随着土-结构柔度比的增大变化较复杂。     

浙江展览馆修缮改造工程结构设计

浙江展览馆位于杭州市中心武林广场,建于1969年,属历史保护建筑,东面是正在施工中的地铁站,南面今后拟建地下五层商业建筑,周边环境十分复杂。修缮改造包括既有建筑的修缮改造和新建两大部分。根据建筑物功能布局要求以及对既有建筑安全性及抗震性能的鉴定报告,保留既有建筑原有地上的建筑格局基本不变,参照后续使用年限30年的要求进行抗震加固改造。利用既有建筑天井位置东、西区块内各新建三层地面建筑。新老建筑功能统一,通过对既有建筑的加固改造及新建建筑基础的合理选型,实现新老建筑的合理衔接。     

遮拦叠交效应下地铁盾构掘进引起地层沉降分析

 地铁隧道施工诱发的土体沉降以及临近地下构筑物变形是我国城市轨道交通施工安全控制和风险评估中较为关心的一类施工问题。目前,针对该领域地层沉降的简化理论研究还仅仅针对自由位移场,没有考虑临近既有构筑物的遮拦效应影响。依托上海在建地铁施工工程实践,采用简化理论方法、三维有限元数值模拟方法以及现场监测方法,分析考虑运营隧道遮拦效应影响的土压平衡盾构施工引起的周围土体沉降规律,并与自由位移场条件下盾构施工引起的地层变形进行对比分析;在此基础上,给出地铁盾构复杂叠交穿越引起的临近地铁隧道的变形规律。研究表明,本文提出的简化理论方法和三维有限元数值模拟方法可以较好地模拟遮拦叠交效应下地铁盾构掘进引起的地层沉降变形;临近既有建(构)筑物施工,盾构施工引起的周围土体沉降较大程度地受到遮拦效应影响,与自由位移场条件下的计算结果对比存在较大差别。最后,结合盾构施工监测数据,提出复杂遮拦叠交效应下的盾构叠交施工变形控制技术措施。成果可为合理制定施工场地存在复杂建(构)筑物工况条件的地铁隧道开挖对周围环境保护措施提供一定的理论依据。     

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。     

地下连续墙对叠合墙式地铁车站结构地震反应的影响研究

针对现行地铁地下车站结构的常见叠合墙式结构设计方法和抗震分析方法中不考虑地下连续墙存在的现实情况,基于数值计算方法,建立了土–地下连续墙–地下结构静动力耦合非线性相互作用有限元分析模型,分析了地下连续墙存在时对地铁地下车站主体结构地震反应的影响规律。研究结果表明:地下连续墙的存在对地铁车站主体结构的抗水平侧移能力有一定的提高作用,使得其顶底间的最大相对位移有显著减小。从这一结果出发,似乎可以认为地下结构抗震分析中不考虑地下连续墙时可看作是地下结构的地震安全储备。但是,地下连续墙的存在明显改变地下结构的整体变形性态,进而导致地下结构的内力发生重分布,尤其使得大震时车站结构的顶、中、底板一些关键部位的地震损伤程度明显比不考虑地下连续墙时要严重;同时,地下连续墙对车站结构顶底板表面与土体间的相对摩擦剪力也产生明显的影响。     

考虑成层土体的地铁隧道地震动力响应分析

考虑了土体的粘弹性,采用非均质土-结的计算模型,结合动力学理论,分析了结构的本构模型、人工边界条件以及土-结的接触问题,主要探讨了地震作用下地铁隧道的动力响应特征。依托实际工程,在ANSYS中建立数值模型并输入实际材料参数,施加粘弹性人工边界,参考武汉地区抗震设防的要求,垂直入射天津波。通过该模型的模态分析、时程分析表明：结构在地震作用下的响应与衬砌混凝土等级、衬砌厚度有关,并且土体加固后对结构抗震性能有很大影响。最后,对衬砌在地震作用下的安全性进行了分析,为地铁隧道的抗震设计提供了依据。     

竖向强震作用下密贴地铁地下交叉结构动力响应分析

研究密贴地铁地下交叉结构的地震反应特性,对地铁地下结构穿越工程的建设和安全运营有着重要的现实意义。利用 FLAC^3D 有限差分程序对北京地区典型密贴地铁地下交叉结构进行了地震响应的数值模拟分析,研究了竖向强震作用下地铁区间隧道密贴下穿地铁车站结构体系的地震反应特性,并与单一地铁车站的地震反应特性进行了比较,研究表明：密贴地铁车站交叉主体结构由于车站-隧道结构间的相互作用,较单一地铁车站主体结构竖向位移及受力具有明显的增减,并与输入地震动的特性有关,且各监测部位增减幅值基本一致;由于土体对地震动高频成份的显著滤波作用,因此高频丰富的汶川卧龙波作用下地铁车站主体结构竖向相对位移差–时程及应力差–时程明显小于低频丰富的阪神波作用下地铁车站主体结构竖向相对位移差–时程及应力差–时程;地铁车站主体结构竖向相对位移差 - 时程及应力差–时程对于输入地震动的峰值加速度不太敏感。     

地铁车站结构邻近土体动应力振动台试验研究

研究地铁车站在地震中的响应对于地铁建设和安全运营非常重要。针对北京地区的地质条件和典型的地铁车站结构进行了大型振动台试验,对动土应力时程进行了分析,得出如下结论:埋深小于结构顶板和埋深大于结构底板的土中动土应力不随输入波强度与埋深变化而变化;在输入波强度低时,侧墙上各点的动土压力相等;在输入波强度高时,侧墙上各点的动土压力随输入波强度的增高而逐渐增大,且动土压力变化幅值随埋深增加而不断增加。通过以上分析,说明在地震强度小时,地下结构对土的水平向动应力影响很小,在地震强度大时,因地下结构的修建进行的开挖削弱了土体,其对土的水平向动应力影响变大。作者还对对结构底板的水平向动切应力进行了拟合,发现:底板的动切应力呈梯形分布,中点处最大,两个端点处最小;底板各点的动切应力随地震波强度的增加呈指数函数增加。为应用方便将底板中点的动切应力与地震波加速度峰值之间的关系简化为:当地震波峰值加速度不大于0.4 g时,峰值切应力为常数;当地震波峰值加速度大于0.4 g时,峰值切应力为直线分布。     

板柱变形能力对地铁车站结构地震破坏反应影响研究

为研究顶板、中柱的变形能力对地铁地下结构地震破坏反应及破坏模式的影响,开展了 4个板、柱具有不同变形能力的地铁地下结构的对比性离心机振动台模型试验.试验中,通过在结构上覆土中掺入一定比例钢砂的方式对上覆土体的竖向惯性效应进行近似模拟.结果表明:中柱是地铁地下结构的关键性抗震构件,在强震作用下,保证中柱的竖向支撑作用是减...     

拱式地铁站结构地震响应对比分析及结构优化

用有限差分分析软件FLAC3D,建立了土-地铁站结构相互作用的非线性动力数值计算模型。分析了相同埋深及地质环境下,两种连拱式地铁站结构在不同地震动作用下的动应力、相对位移和加速度响应规律,总结了两种地铁车站结构形式在抗震性能方面的优缺点。并对Z1型地铁站的结构形式进行了两种优化,用数值方法检验了优化后车站结构的抗震性能。检验结果表明,优化方案B具有较好的抗震性能:在Kobe波作用下,Mises应力峰值下降14.8%,最大主应力峰值下降18.8%;在Loma Prieta波作用下,Mises应力峰值下降7%,最大主应力峰值下降23.2%。     

下穿隧道-土-地表邻近框架结构相互作用体系

在中国城市轨道交通快速发展的推动下,隧道等地下结构近距离下穿地表建筑物的案例越来越多。对于相互穿越工程,较多的关注在于隧道等地下结构动态施工对地表建筑物安全的影响,而忽视了隧道建成后对被穿越的地表临近建筑物抗震性能的影响。拟结合某实际工程,建立盾构隧道-土体-地表邻近框架结构相互作用体系二维数值计算模型,对比分析隧道与邻近框架结构相互之间地震响应影响规律。计算分析表明：①隧道的存在使隧道两侧土体表面出现一个地震响应放大区;②下穿隧道对地表框架结构的地震响应有部分影响,但影响程度有限;③地表结构的存在对隧道结构地震响应的影响较小,可忽略不计。研究成果可为地下结构的规划以及地表结构与地下结构的抗震设计提供参考。     

STS新管幕对地铁车站结构地震响应影响分析

为实现STS新管幕对地铁车站结构地震响应影响分析,以沈阳地铁十号线东北大马路站为工程背景,应用Midas-GTS软件,研究了在不同加速度强度的地震作用下,有STS新管幕和无STS新管幕地铁车站结构的地震响应变化规律。结果显示:在地震作用下,由于STS新管幕结构的存在,减小了车站结构的弯矩、位移及加速度,从而减小了地铁车站的变形,对抗震结果有利。地铁车站衬砌的连接部位特别是柱顶受地震强度影响较大,是地铁车站抗震的薄弱环节。STS新管幕结构对地铁车站抗震的影响规律与衬砌强度增加对地下结构抗震的影响规律相一致。研究可为沈阳地区地铁车站抗震研究及工程应用提供支撑。