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。     

基于ANSYS的北京某明挖地铁车站抗震分析

利用ANSYS对北京某明挖地铁车站在水平地震波作用下的响应进行分析。建立土体与地下结构的相互作用模型,周边采用黏弹性人工边界模拟远地场,选用三种不同地震波对地铁车站进行了时程分析,同时分析埋深对车站地震响应的影响。计算结果表明,地震波的种类和埋深对地下结构地震响应影响较大。     

浅埋地铁车站地下框架结构抗震设计的最优地震动强度指标

本文旨在研究浅埋地铁车站地下框架结构概率地震需求分析中的最优地震动强度指标。基于ABAQUS/Standard软件平台，建立地下框架结构土-结构相互作用分析的二维模型，采用非线性动力时程分析方法获得了3种断面的地铁车站框架结构在22条远场地震动记录激励下的非线性地震反应数据。以峰值层间位移角作为结构损伤参数，基于效率性、实用性、有益性及充分性对15种地震动强度指标进行了检验分析。结果表明：PGA最适合作为地震动强度指标进行浅埋地铁车站地下框架结构的概率地震需求分析，速度反应谱与PGV可作为备选强度指标；PGD、位移均方根、速度平方积分，与位移平方积分等强度指标均未能满足充分性检验，不适用于浅埋地铁车站地下框架结构概率地震需求分析。上述结论可对指导浅埋地下结构基于性能的抗震设计、发展和完善现有地下结构概率地震需求模型地震动强度指标的确定方法提供有价值的参考。     

软土层埋深变化对地铁车站结构地震反应的影响规律研究

软土侧向大变形将是造成地铁车站结构严重震害的主要因素。为了明确软土层埋深对地铁车站结构地震反应的影响规律,对常见的两层三跨岛式地铁车站结构侧向和底部地基中存在不同埋深软土层时5种软场地和1个一般场地条件下地铁车站结构的地震反应进行了数值模拟分析。计算中采用自行建立的软土记忆型黏塑性动力本构模型模拟软土的动力非线性特性,混凝土的动力特性采用黏塑性动力损伤模型。给出了软土层不同埋深对地铁车站结构的加速度反应、侧向摆动位移反应和应力反应的影响规律,为提高软土地基上城市地铁车站结构的抗震性能及其抗震设计方法提供了依据。     

浅埋大跨隧道地震响应特性静-动力分析

以一个浅埋暗挖地铁车站为背景,应用地下结构静-动力分析方法,首先采用有限元荷载释放法模拟该地铁车站施工过程,然后采用动力有限元分析了该地下结构在地震荷载作用下的动力响应。分析结果表明,浅埋地铁车站采用先拱后墙法施工时,上台阶左侧(即先开挖一侧)大拱脚处的初衬区域应力较大;在地震荷载作用下,浅埋地铁车站结构内轮廓位移、速度和加速度动力响应峰值最大值出现在直墙顶端或附近区域,第一主应力峰值最大值与第三主应力峰值最小值分别出现在拱腰区域与右直墙底部。地铁车站结构静力和动力分析中高应力区出现在不同部位,其抗震设计中应分别对这些部位进行加强。     

基于IDA方法的两层三跨地铁地下结构地震易损性分析

以两层三跨地铁车站为研究对象,建立典型工程场地下的土–结构非线性相互作用分析模型,将基于IDA方法的结构地震易损性分析方法引入到地铁车站结构中,初步探讨适用于浅埋地下结构的地震动强度指标IM及地下结构地震响应随地震动幅值增大的变化规律,并建立浅埋地铁车站结构抗震易损性曲线,得到结构在不同地震烈度水平下的失效概率。分析结果表明:非自由场下地表处的PGA为合适的IM指标;与已有经验易损性曲线的对比结果表明易损性分析方法是可行的,可以定量的给出结构在不同性能水准下的失效概率,为地下结构的抗震设计提供参考。     

软土地铁车站地震响应数值计算方法的研究

对饱和软粘土采用粘弹塑性动力本构模型,利用拉格朗日差分法对典型软土地铁车站结构建立地铁车站地震响应的数值计算方法。并进一步利用该方法对软土地铁车站结构振动台模型试验进行数值拟合分析,结果表明土体和结构模型的加速度响应、结构模型表面的动土压力以及结构构件的应变规律的计算结果与试验结果基本吻合。     

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。     

地铁车站结构三维地震响应及土非线性分析

建立了上海软土地铁车站结构的三维计算模型,利用FLAC3D有限差分软件分析了上海软土的非线性特性、软土地铁车站结构的受力状态以及地震荷载引起结构内力的增加幅度,得到的地铁车站在地震动时的动力响应规律可供工程实践参考.     

基于等价线性方法的地铁车站结构非线性地震响应分析

地下结构受周围土体的束缚,地震时周围土体的变形直接决定了地下结构的地震响应,因而土体的非线性特性应合理考虑,然而目前的成熟软件自身缺乏较好的土体非线性本构模型。基于等价线性方法基本原理,利用大型通用软件ANSYS平台及其参数化编程语言,实现了等价线性模型Hardin模型在ANSYS中的初步开发,并利用目前成熟的一维地层地震响应分析程序EERA进行验证,然后利用编写的程序考虑土体非线性特性,对典型地铁车站结构进行计算分析。不同工况计算结果的对比分析表明土体非线性特性对体系地震响应影响主要体现在3个方面:1)土体耗能更多,因而体系地震响应降低;2)考虑土体非线性特性时体系逐渐"软化",频率降低,中高频成分被土体吸收;3)地下结构对周围场地土的影响规律完全相反,线性时地下结构的存在会放大场地土响应,且影响范围大,而非线性时则减小场地土的响应,但影响范围相对较小。     

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。     

十字换乘地铁车站结构地震响应分析

换乘地铁车站结构由于其显著的空间效应以及其在地下交通线网中的重要性,其抗震性能值得关注。基于某十字换乘车站结构,建立其三维计算分析模型。其中将其简化为两方向相同长度和结构形式的地下框架结构,采用等价线性化模型Davidenkov模型考虑土体非线性。计算分析了不同地震动类型和幅值作用下换乘车站结构的地震响应规律。同时,将换乘站地震响应与典型的单体车站进行了比较,探讨了其空间效应及抗震性能。基于本文的计算分析结果表明:对于文中计算分析案例而言,由于换乘站端墙的影响,其空间效应比单体车站强,层间相对变形较小,因此其整体抗震性能优于单体车站。另外,由于换乘站平面尺寸相对较大,在一定程度上阻隔了地震波的传播,因而换乘站降低了土体地表响应,而单体车站则放大了土体地表响应。论文研究成果对换乘车站的抗震设计与分析具有一定的参考意义。     

土层不均匀场地对地震反应的影响

工程场地的土层地震反应分析是地震安全性评价的重要组成部分,其结果为抗震设计及震后灾害评估提供主要依据。本文采用库伦-摩尔模型(Mohr-Coulomb)作为土体的本构模型,以粘弹性边界作为截取土层截面后的人工边界条件,使用Abaqus有限元分析软件对安评报告中的场地进行了二维有限元建模,以springs/dashpots单元模拟粘弹性边界,对场地进行有限元分析,研究土层横向不均匀对土层地震反应结构的影响,并且输入实际地震动,分析场地在真实地震下的响应。结果表明:随着土层介质分界面角度的增加,PGA呈规律变化;当分界面角度大于10°时,其PGA放大系数及加速度反应谱和一维水平成层模型有明显差异。     

喀什国际免税广场设计地震动参数的确定

根据地震危险性概率分析结果,以基岩加速度反应谱和峰值加速度为目标,用数值模拟的方法合成基岩地震动时程,作为基岩地震动输入波,并根据场地土层结构、土动力学参数建立场地地震反应分析模型,对各模型进行地震反应分析计算,得到的地表地震动参数满足设计要求。     

土-结构相互作用对地震反应的影响

利用集总参数法建立了土-结构相互作用模型，分析了该模型下土结构相互作用对地震性能的影响，通过对单自由度体系地震反应数值的计算，对结构位移、速度和加速度进行了分析比较，同时得出了相互作用体系在不同的地面运动加速度作用下，质点的最大绝对加速度和最大水平地震作用力都较不考虑土结构作用时的地震反应数值有所折减。     

对反应位移法中几个关键问题的探讨

反应位移法是地下结构抗震分析最常用方法之一。本文拟通过具体算例分析,探讨了目前反应位移法在实际应用中的几个简化假设,具体包括土弹簧刚度的不同确定方法、分层土体与等效单层土体的位移模式、线性与非线性时土体位移模式等。计算分析表明:(1)不同方法确定的土弹簧刚度值相差巨大,由此导致结构地震响应差别显著;(2)分层与单层土以及线形土体与非线性土体的土体位移模式相差明显,即周围土体对地下结构的地震作用差别明显,因而地下结构地震响应差异明显。由此可见在实际应用反应位移法时,应严格按照实际分层土体,得到土体的非线性地震响应,而应避免采用一些简化等效处理方法。本文研究成果可为进一步完善反应位移提供参考。     

盾构隧道在可液化场地中的地震响应分析

盾构隧道的装配式管片是其显著的结构特点,目前的抗震研究主要采用简化方法,少有能有效反映管片和接头细部特征的动力反应分析方法,对其在可液化场地中的地震响应规律也需要进一步研究。本文建立了一种精细化装配式管片结构计算模型,并基于砂土液化大变形统一本构模型,采用弹塑性有限元动力时程分析,分析了盾构隧道在可液化场地中的地震响应特征及规律。结果表明接头处响应是盾构隧道抗震的重要考虑因素。装配式管片结构相比于整体式结构柔度更大,受力较小,变形较大。在可液化场地中盾构隧道由于水平向作用力显著增加,在水平向被挤压,受力分布和抗震不利位置相比非液化场地有明显区别。     

双塔楼大底盘地下建筑地震土压力分析

建立了双塔楼大底盘土-结构动力相互作用的三维有限元分析模型,采用地震时程反应分析方法确定作用于多塔楼大底盘结构地下建筑的地震土压力.通过改变地下室周边框架结构的外挑跨数和塔楼间裙房部分的框架跨数,计算了不同地下窒平面布置和刚度分布对地震土压力分布特征的影响.结果表明地下结构地震土压力在地表处具有最大值,且远大于其他埋深处的地震土压力数值,地下室外挑跨数和塔楼间裙房跨数对地下结构抗侧力刚度及地震土压力分布均有影响.最后,给出了一些结论和建议.     

某砖石古塔-地基相互作用系统地震反应分析

为了研究在考虑土与结构作用时砖石古塔的地震反应规律,为砖石古塔的抗震加固提供参考,以西安兴教寺玄奘塔为研究对象,通过附加人工边界,建立玄奘塔与地基相互作用系统的数值计算模型,同时输入三向地震波,对相互作用系统进行时程分析。计算结构的位移和应力反应,并与不考虑相互作用时的计算结果进行比较。结果表明,结构的水平剪应力、竖向剪应力及竖向正应力在塔体中部最大,层间位移值在塔体中部及顶部均较大,且最大值分布于中间楼层。由计算结果可知,中间楼层和顶层均为砖石古塔的抗震危险截面。     

考虑土-结构相互作用的空间结构抗震研究现状及展望

目前大跨空间结构抗震研究的分析模型主要是基于刚性地基假设.为了更好地反映空间结构在地震作用下的反应性能,有必要把上部屋盖与下部支承结构以及下部地基作为一个整体建模分析.土结构相互作用在高层结构中研究得比较充分,空间结构研究土结构相互作用则较少.本文从土-结构相互作用模型、辐射阻尼以及地震动输入三方面对研究现状进行总结.考虑土-结构相互作用的空间结构抗震的深入研究将有助于空间结构的更合理的抗震设计.