可液化场地下盾构扩挖地铁车站结构地震破坏机制振动台试验

 开展近远场水平地震动作用下可液化地层中盾构扩挖地铁车站结构振动台试验,分析模型地基土层的侧向变形、孔压比、加速度、宏观现象和动土压力以及结构的加速度、应变等物理量。研究结果表明,可液化模型地基在激振时经历先震密而后上浮的物理过程,震后有明显的喷砂冒水现象;地基土层侧向发生的是剪切型变形,其左摆与右摆过程中的峰值位移出现明显的不对称现象;小震时,模型地基中的加速度放大系数从下部到表层逐渐增大,中震及大震时,表现出先减小后增大的趋势;地震波沿模型地基向上传播的过程中,出现明显的高频滤波、低频放大的现象;可液化地基的孔压在地震作用下经历“急增长、慢消散”的变化过程;地下结构的存在对其周围地基孔隙水压力的增长(砂土液化)有明显的抑制作用。随着输入地震动强度的增加,动土压力明显增大,地下结构上、下方的土压力差值是结构发生液化上浮的内因,结构本身在强震过程中逐渐从弹性状态向弹塑性转化;液化场地条件下的结构侧方动土压力有随着埋置深度的增加而增加的趋势;可液化场地条件下盾构扩挖地铁车站结构的地震破坏机制是：中柱率先发生剪压破坏,而后是隧道开口部位与拱肩破坏,随后是侧墙与顶板的连接部位受拉破坏,最终形成机构而发生倒塌。     

液化夹层场地地铁车站结构离心机振动台试验方案设计

为深入研究液化夹层场地地铁车站结构地震破坏反应,依托浙江大学ZJU400土工离心机振动台系统,开展了系列液化夹层场地地铁车站结构地震破坏反应试验.详细介绍了试验方案和试验流程,并针对目前国内外尚无液化夹层场地制备先例的现状,介绍了夹层场地的制备过程、结构防水、离心过程中砂土层初始孔压的释放等技术细节.系列试验最终获得了...     

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...     

基于振动台试验的黄土场地具有地上结构地铁车站地震反应特性分析

以兰州某地铁车站为研究背景,开展了黄土场地具有地上结构的地铁车站结构体系大型振动台模型试验.测试并分析了模型体系的基频、加速度和水平位移反应以及模型车站的应变和侧墙处的动土压力反应等.结果 表明:浅层地基土及埋置于其中的模型车站地下结构的加速度反应对地震动频谱特性具有较高的敏感性,而深层地基土及模型车站地上结构的加速度...     

黄土地区地铁车站振动台试验研究

在黄土地区地铁车站振动台试验中,测得模型体系加速度反应与位移反应,模型结构应变反应,地表沉降及土与结构间动土压力。分析了模型地基的边界效应、模型地基与结构的加速度反应规律及模型结构对地基地震反应的影响特征;归纳了不同峰值加速度及频谱特性地震动作用下,模型地基水平位移反应规律;并对模型体系地表沉降进行了分析。最后,根据现场观察及影像资料,对试验中模型地震破坏特点进行描述。结果表明：地震动向上传播时,模型地基加速度傅里叶谱低频部分增大,高频部分减小;在较大地震动下,土与结构动力作用较强,模型结构动力反应受周围土体控制;模型结构对地震动在地基中传播特性无显著影响;地震动具有一定方向性,且随着输入峰值加速度增大其方向性更加显著。研究结论可为黄土地区地铁车站、区间隧道及地下商业街等地下结构的抗震设计及相关理论研究提供可靠资料。     

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...     

可液化场地地震振动孔隙水压力增长研究的大型振动台试验及其数值模拟

基于数值模拟基本假设,运用有效应力原理以及振动孔隙水压力增长经验模式,采用应力循环孔压增量计算方法,直接针对非自由可液化场地基地震反应的大型振动台试验建立数值计算模型,并据此进行可液化场地基孔压动力增长数值模拟。数值模拟结果表明:分别在0.15g和0.50g El Centro波输入下,孔压在13 s之前无明显变化,至13 s瞬时增长,20 s左右达到最大值,并且自下而上峰期孔压比逐步增大;其中0.5g El Centro波输入下整个土层达到全部液化的孔压比,而0.15g El Centro波输入下仅上部土层具有局部液化的孔压比。同时由数值模拟结果可发现:由于桩-土动力相互作用,致使近桩区孔压较远桩区孔压高且在桩周附近形成一定孔压梯度,但对孔压增长趋势无太大影响;数值模拟获得的地基振动孔隙水压力增长规律与试验记录基本保持一致。总的来讲,这种孔压动力增长的数值模拟方法,在强震输入下基本能够刻画土层中孔压的动力增长过程,而弱震输入下的计算误差较明显。     

地下结构地震破坏机制试验研究

利用自行研制的三维叠层剪切模型箱,完成黏土层中典型三层三跨地铁车站模型的地震响应大型振动台试验。通过对车站模型结构和土层中的加速度时程及其傅里叶频率幅值谱的对比研究,分析地下结构动应变变化规律及结构破坏宏观现象。揭示地下结构地震破坏机制为地下结构地震响应主要受周围土层控制,土层相对较软时,地下结构易发生破坏。同时,埋深越浅,地下结构破坏越严重。地下结构的地震破坏模式是地下结构周围土体的剪切变形使结构产生层间相对位移,当位移过大时,楼板与侧墙将发生拉伸破坏。而柱子则在剪切或弯矩作用下可分别产生剪切破坏和弯曲破坏,或在同一根柱子上同时出现剪切和弯曲组合破坏。     

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...     

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。     

地铁车站接头结构振动台模型试验及地震响应的三维数值模拟

先简要介绍了地铁车站接头结构振动台模型试验,然后利用有限差分软件FLAC3D对试验进行了三维数值拟合分析。建立的三维数值计算模型包括:计算范围与模型箱尺寸一致,采用Davidenkov模型描述模型土的非线性动力特性,对边界条件采用加速度条件模拟。计算得到了车站结构模型和区间隧道模型的加速度响应、土–结构间的动土压力值以及结构模型的动应变值。计算结果与实测结果吻合较好,验证了建立的数值计算模型是合理的,拟合分析结果是正确的,从而可为建立软土地铁车站结构地震响应的三维计算方法提供基础。     

Shaking table test on seismic resonant behavior of core‐outrigger structure

In order to investigate disastrous seismic resonant effect of resonant ground motions on tall building structures, a 1/40 scaled planar test model of a 56‐story core‐outrigger structure was tested on shaking table considering two types of ground motions, that is, non‐resonant and resonant ground motions. The non‐resonant ground motions were chosen from far‐field natural earthquake records, whereas the resonant ground motions were generated through scaling Fourier spectra of the non‐resonant ones in a target period region covering one of the first two natural periods of the test model. The test results showed that (a) with the same small peak ground acceleration of 0.07 g, the test model exhibited significant hysteretic behavior, residual displacement, and even overturning collapse under the resonant ground motions but behaved elastically under the non‐resonant ones; (b) the first‐period resonant ground motion caused extremely large displacements on the upper floors and large moments on the lower stories, whereas the second‐period resonant ground motion resulted in extremely large accelerations on the upper and middle floors; (c) the first‐period resonant ground motion was more probable to trigger overturning collapse of the core‐outrigger system after some exterior columns had reached their axial compression strength, even for those columns on the middle stories.     

Design of a shaking table test box for a subway station structure in soft soil

A reasonable choice of structure of a model box is significant for a shaking table test to be successful in geotechnical engineering. A model box has been designed for the shaking table test of a subway station structure in the soft soil of Shanghai in the paper. The reasonable geometric similarity scale of the subway station structure has been determined by a 3-D dynamic analysis under the action of lateral equivalent static loading. The shape, size and structure of the model box are chosen by considering all the involved factors comprehensively. The shape of the box is similar to that of a typical station structure, and the ratio between the plane dimension of the model ground and that of the model structure is big enough to reduce the influence of boundary condition effectively. The structure is strong enough to avoid being demolished by shaking during a test. The contact conditions between the model soil and box are clear to help the data gained from the test well fit that from numerical analysis. The total weight of the model soil and box is less than the bearing capacity of the shaking table apparatus and there is no resonance between the model soil and box. The results show that the model box can be used to simulate the dynamic response of a subway station structure very well, so it provides a firm foundation for the success of the shaking table test of a subway station structure. Translated from Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2004, 26(1): 75–78 [译自: 岩土工程学报]     

跨地裂缝框架结构地震响应振动台试验研究

为研究地裂缝环境下结构的动力响应规律,首次进行跨地裂缝结构和无地裂缝环境下结构振动台对比试验,分析地震作用下跨地裂缝结构的破坏形态、动力特性、加速度响应、位移响应和应变响应。研究结果表明:地震波传至上盘和下盘地表的峰值加速度、峰值时间、频率及相位等均存在差异,形成非一致性地震激励;此外,地裂缝场地对土层加速度有放大效应,同一层土的最大加速度出现在靠近地裂缝的上盘处。跨地裂缝结构处于上盘的构件损伤程度明显大于下盘;在相同地震激励作用下,跨地裂缝结构的动力反应与无地裂缝环境工况相比更加剧烈。跨地裂缝结构的侧向位移最大值并不是全部出现在顶层,这是由于地裂缝上下盘的不均匀沉降作用和基础附加变形综合造成的。跨地裂缝结构的柱钢筋应变幅值分布具有上下盘分布规律,即处于上盘柱的钢筋应变幅值明显大于下盘柱。研究成果可为地裂缝环境下结构设计提供参考。     

砖土混合结构抗震加固振动台试验研究

针对我国西北农村地区砖土混合结构抗震性能差的问题,提出设置“弱框架”的加固方法,主要包括在土坯墙关键受力部位内外开槽,对称配置水平与竖向砂浆配筋带加固;角钢-砂浆面层加固四角承重砖柱;木屋盖与墙体顶部后设的砂浆配筋带通过粗铁丝可靠拉结。通过对1/2缩尺模型进行加固及振动台试验,分析其地震反应及损伤情况以验证上述加固措施的有效性。结果表明：9度罕遇地震烈度下,模型仍表现出足够的承载力和变形能力;模型X、Y向刚度下降达到67.72%和77.77%,加固措施有效;模型墙顶X、Y向最大位移角达到1/22、1/19,房屋结构延性得到改善,增强了罕遇地震下结构的抗倒塌性能。