地铁车站内爆炸引起的地面震动分析

地铁车站内部爆炸及产生的爆炸冲击波将在结构周围的土体中产生巨大的应力波,并向外传播,进而引起地铁车站周边地面的强烈震动,对地面建筑结构造成危害。该文以天津某典型地铁车站为例,对车站内发生意外爆炸后,应力波在周围土体内的传播过程,引起的周边地面震动的特性及其衰减规律进行了数值分析;同时针对国内典型地铁车站,研究了车站埋深、炸药量等参数对地铁车站周边地面震动的影响规律,进而提出了考虑车站埋深和比例距离变化的地铁车站周边地面典型位置的地面震动主要参数的计算公式。该文的研究成果可用于评估恐怖爆炸情况下地铁车站周边建筑的抗震安全性,也可为地铁车站抗爆设计中车站埋深的选取提供理论依据。     

刚性地面对爆炸冲击波传播规律的影响

为研究刚性地面对爆炸冲击波传播特性的影响,采用ANSYS/LS-DYNA对TNT炸药在刚性地面工况下起爆后的整个过程进行了数值分析,得到了刚性地面工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数,并将其与自由空气工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数进行了对比分析。建立了TNT炸药在刚性地面工况下起爆后,比例距离在0.5 m/kg^1/3≤Z≤3 m/kg^1/3之间时的冲击波超压峰值简便计算公式,分析了起爆高度对刚性地面附近冲击波的影响规律,并得到了刚性地面反射增强效应作用范围的判别公式。数值分析所得结果可为结构或构件在刚性地面上发生爆炸时荷载的初步确定提供一定的参考。     

两种含铝炸药水中近场冲击波传播规律研究

为揭示 RS211和 GUHL 两种含铝炸药水中爆炸近场冲击波的传播特性,采用高速扫描相机和阴影照相技术记录了近场冲击波沿柱形装药轴向的传播轨迹,结合 Rankine-Hugoniot 关系推算出了近场冲击波传播速度及阵面压力随传播距离的衰减规律,并与 TNT 炸药的结果进行了对比。同时,还结合近场冲击波的初始参数和Goranson 关系式计算出了炸药的爆压值。结果表明,初始冲击波阵面压力由大到小的顺序为 RS211、TNT、GUHL,在压力的衰减过程中,铝粉的反应使得冲击波的压力衰减速率得到降低,且 GUHL 炸药近场冲击波阵面压力的衰减最为平缓。     

刚性地面对爆炸冲击波传播规律的影响

为研究刚性地面对爆炸冲击波传播特性的影响,采用ANSYS/LS-DYNA对TNT炸药在刚性地面工况下起爆后的整个过程进行了数值分析,得到了刚性地面工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数,并将其与自由空气工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数进行了对比分析。建立了TNT炸药在刚性地面工况下起爆后,比例距离在0.5 m/kg^(1/3)≤Z≤3 m/kg(1/3)≤Z≤3 m/kg^(1/3)之间时的冲击波超压峰值简便计算公式,分析了起爆高度对刚性地面附近冲击波的影响规律,并得到了刚性地面反射增强效应作用范围的判别公式。数值分析所得结果可为结构或构件在刚性地面上发生爆炸时荷载的初步确定提供一定的参考。     

空气中TNT爆炸的数值模拟

为了研究TNT炸药爆炸产生的冲击波在空气中的传播规律和预测不同比例距离的超压峰值,应用LS-DYNA有限元软件模拟了7.5 kg TNT爆炸的冲击波传播过程,揭示其能量衰减规律。并用2种经验公式计算不同比例距离的冲击波超压峰值。对数值模拟结果、经验公式结果和已有的实验数据进行对比。结果表明:数值模拟结果与实验数据吻合较好,误差在10%以内,证明了计算模型和参数的合理性。2种经验公式,叶晓华推荐的经验公式与实验数据的误差相对较小,距爆心3.5 m处,误差仅为0.66%。说明叶晓华公式相比Henrych公式更为可靠。但随着爆距的增大,误差也明显增大。建议此公式在比例距离小于2.6 m/kg1/3时采用。     

典型地铁车站内爆炸致人员伤亡区域的预测研究

地铁车站遭受恐怖爆炸袭击,会造成大量的人员伤亡和经济损失,目前我国关于地铁内爆炸分析的研究资料较少。利用动力有限元计算软件LS-DYNA,对典型地铁车站结构内爆炸进行三维数值模拟,分析其在不同药量作用下冲击波流场分布规律,绘制了站台板位置处冲击波超压峰值等压线图,搜集整理国内外关于冲击波对人员损伤的评价准则,利用相关评价准则,对地铁遭受恐怖爆炸袭击时人员伤亡进行评估,为地铁车站的抗爆设计和反恐预案等提供参考依据。     

典型地铁车站柱在爆炸荷载作用下损伤评估方法研究

随着恐怖爆炸袭击威胁增加,地铁内部发生爆炸概率增大。地铁车站柱作为主要承载构件,当其遭受近距离爆炸荷载作用后,需要对其进行爆炸荷载作用下的损伤评估,评价其损伤等级进而进行整体结构安全性鉴定。利用有限元分析方法,建立"炸药-空气-混凝土柱"耦合分析模型,通过已有试验验证了模型适用性。提出了基于承载能力的地铁车站柱的损伤评估方法,将地铁车站柱损伤破坏分为不同损伤等级,对典型地铁车站柱在不同炸药作用下的损伤进行了评估。利用耦合计算模型和评估方法,可以实现对钢筋混凝土地铁车站柱在近距离内爆炸荷载作用下的损伤评价和抗爆设计。     

地铁车站内爆炸波的传播规律与超压荷载

地铁车站内人群密集、环境封闭,一旦发生意外或恐怖爆炸事件,爆炸波对车站结构的冲击作用更为强烈,甚至会引发结构破坏,造成大量的人员伤亡。数值模拟了地铁车站内爆炸波的传播过程,研究了爆炸波的传播和衰减规律,得到了爆炸发生时避免人受伤和死亡的安全距离,同时分析了结构高度和出口距爆源距离对爆炸波传播的影响。研究表明:地铁车站内爆炸波的传播时间更长、衰减更慢,对结构的破坏作用更大;结构高度不同不仅影响爆炸波的衰减,而且会引起波形的差异;出口的泄爆作用与出口距爆源的距离有关,出口距爆源越近,其泄爆作用越明显。     

地铁车辆经过不同轨道结构时对地面振动的影响研究

在列车正常运行条件下对某地铁曲线路段钢弹簧浮置板道床、科隆蛋和普通扣件轨道结构段的隧道壁振动和地面垂向振动进行现场测试,通过时域和频域分析对比地铁经过时不同轨道结构段振动从隧道壁传到地面以及地面垂向振动随距离的传播规律。结果表明:振动从隧道壁传至地面时200 Hz～500 Hz频段衰减较快,且地面垂向振动主频在100 Hz以内,隧道壁振动主频在300 Hz以内;钢弹簧浮置板道床和科隆蛋结构段的地面垂向振动随着离开线路中心线距离的增加而减小;在普通扣件结构段距线路中心线30 m左右处存在一个振动放大区;列车经过时轨道线正上方0～30 m范围内垂向振动的峰值频率主要在40 Hz至63 Hz。该测试方法和研究结果可为地铁线路设计提供相应参考。     

城市轨道交通地面线环境振动衰减规律分析

为研究城市轨道交通地面线路所引起环境振动的衰减规律特性,基于振动衰减的复合回归方法,以距线路中心100 m范围内自由开阔场地为研究区域,在时域与频域分析地面线路振动波传播机理。分析结果表明：地面线引起的振动传播以表面波为主,随与线路的距离的增大逐渐衰减;振动加速度呈现宽频特征,频域中20 Hz～100 Hz的成分数值较大;高频振动幅值随距离的增加衰减明显。地面振动具有一定的周期性特征,其激励频率对应于轨枕间距激励引起的频率和轮轨耦合作用的频率。土体吸收系数α与频率基本呈正比,比例系数为3×10^-4。给出了中软土条件下地面振动VLZmax的振动衰减复合回归曲线,可为今后的环境影响评价提供参考。     

地铁车辆段列车动荷载特性实测研究

对车辆段内咽喉区、试车线和运用库的地铁列车荷载进行了实测,获得了其时频特性。基于不同线路条件、行车速度下的实测结果,分析了地铁列车荷载特性的主要影响因素。研究结果表明：地铁列车通过时,咽喉区轨枕的铅垂向加速度幅值为10~15m/s2,荷载以高频成分为主,主频段为60~150Hz;试车线轨枕的铅垂向加速度幅值为5~6m/s2,荷载主频段为60~100Hz;运用库的振动量值较小,实测的铅垂向加速度幅值为1~2 cm/s2,荷载的主频段为30~50Hz。对地铁车辆段列车,与行车速度相比,列车荷载振动量值对线路的平顺度更为敏感。     

Spatial distribution of particulate matter (PM10 and PM2.5) in Seoul Metropolitan Subway stations

The aims of this study are to examine the concentrations of PM10 and PM2.5 in areas within the Seoul Metropolitan Subway network and to provide fundamental data in order to protect respiratory health of subway workers and passengers from air pollutants. A total of 22 subway stations located on lines 1-4 were selected based on subway official's guidance. At these stations both subway worker areas (station offices, rest areas, ticket offices and driver compartments) and passengers areas (station precincts, subway carriages and platforms) were the sites used for measuring the levels of PM. The mean concentrations of PM10 and PM2.5 were relatively higher on platforms, inside subway carriages and in driver compartments than in the other areas monitored. The levels of PM10 and PM2.5 for station precincts and platforms exceeded the 24-h acceptable threshold limits of 150 microg/m3 for PM10 and 35 microg/m3 for PM2.5, which are regulated by the U.S. Environmental Protection Agency (EPA). However, levels measured in station and ticket offices fell below the respective threshold. The mean PM10 and PM2.5 concentrations on platforms located underground were significantly higher than those at ground level (p<0.05).     

深埋车站防排烟方案研究

随着中国地铁工程建设的铺开,车站形式越来越复杂,出现了很多埋深较深的车站。以某站为例,通过软件模拟和分析,提出深埋车站防排烟方案的设计关键点和具体方案。对于深埋车站,站厅层火灾、站台层火灾,只要排烟风机压头足够,采用出入口进行补风,都可以满足防排烟要求。站台层排烟时,如开启站厅层公共区通风空调系统进行加压送风,或者把轨道排风口直接设置在站台层公共区都可以起到更好的排烟效果。车站隧道火灾时,开启区间隧道通风系统进行辅助排烟,可以满足防排烟要求。如开启站厅层公共区通风空调系统进行加压送风,可以起到更好的防排烟效果。     

市区地铁车站基坑明挖段爆破开挖工程实践

为了控制复杂环境下车站基坑爆破开挖引起的地震动强度,以重庆市渝北区动步公园地铁车站明挖段基坑爆破开挖工程为背景,研究了车站基坑爆破施工方案。介绍了主爆孔和预裂孔的爆破参数,采用预裂爆破与孔内、孔外延时的立体爆破网路,严格控制单段最大起爆药量为2.16kg和爆破飞石安全距离20m内,并进行了现场爆破振动监测与分析。结果表明,孔内、孔外延时的爆破网路实施基坑爆破开挖,其产生的最大峰值爆破振动速度为0.91 m/s,远小于工程允许的爆破振动速度,爆破地震动强度衰减率达到三分之一。预裂爆破形成的预裂缝将主爆区与被保护对象分隔开,从而有效保护了施工区周边的建筑物。     

市区地铁车站基坑明挖段爆破开挖工程实践

为了控制复杂环境下车站基坑爆破开挖引起的地震动强度,以重庆市渝北区动步公园地铁车站明挖段基坑爆破开挖工程为背景,研究了车站基坑爆破施工方案。介绍了主爆孔和预裂孔的爆破参数,采用预裂爆破与孔内、孔外延时的立体爆破网路,严格控制单段最大起爆药量为2.16kg和爆破飞石安全距离20m内,并进行了现场爆破振动监测与分析。结果表明,孔内、孔外延时的爆破网路实施基坑爆破开挖,其产生的最大峰值爆破振动速度为0.91 m/s,远小于工程允许的爆破振动速度,爆破地震动强度衰减率达到三分之一。预裂爆破形成的预裂缝将主爆区与被保护对象分隔开,从而有效保护了施工区周边的建筑物。     

多层立体汽车客运站车致振动实测研究

随着城市化的加速,多层立体客运站已经渐渐成为汽车客运站的主要形式。多层立体客运站拥有寻求向空间发展、多层同时发车、功能层层叠加的等优点,但停车场和发车点设置在客运站内部的楼板上会带来一系列的振动问题。考虑了不同速度、不同车型、不同行驶方式等因素的影响,基于振动实测数据测量分析楼板的动力响应、频谱特性及其影响因素,并对客运站内的功能区进行振动测试和舒适度评价。研究结果表明:车速是整个客运站振动超标的主要原因,而轴重在小幅度增加的情况下振动响应影响不大;刹车(急刹或缓刹)和转弯等情况下的行车方式会导致速度的减小,从而导致竖向振动的减小;当车辆通过办公区域正下方时,办公区域内舒适度会出现超过限值的情况,建议在客运站内部车辆的行驶速度要低于一定的阈值。最后,客运车辆导致的楼板垂车向、顺车向振动存在量级上的差异,因此综合交通枢纽车站的振动舒适度问题可以主要关注竖向振动。     

Temporal and spatial patterns of suicides in Stockholm’s subway stations

This paper investigates the potential temporal and spatial variations of suicides in subway stations in Stockholm, Sweden. The study also assesses whether the variation in suicide rates is related to the station environments by controlling for each station’s location and a number of contextual factors using regression models and geographical information systems (GIS). Data on accidents are used as references for the analysis of suicides. Findings show that suicides tend to occur during the day and in the spring. They are concentrated in the main transportation hubs but, interestingly, during off-peak hours. However, the highest rates of suicides per passenger are found in Stockholm’s subway stations located in the Southern outskirts. More than half of the variation in suicide rates is associated with stations that have walls between the two sides of the platform but still allow some visibility from passers-by. The surrounding environment and socioeconomic context show little effect on suicide rates, but stations embedded in areas with high drug-related crime rates tend to show higher suicide rates.     

可液化场地中复杂异跨地铁地下车站结构的地震反应分析

地基液化是导致地铁地下车站结构在地震中发生严重破坏的重要威胁之一,然而目前对可液化场地中地铁地下车站结构地震反应的研究较少,尤其是针对大型复杂异跨地铁地下车站结构地震反应的研究更是少见。通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服土体网格大变形的畸变问题,建立了可液化场地土一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,分析了该相互作用体系的场地液化分布特征、异跨车站结构上浮特征、周围场地位移沉降及矢量特征、结构侧向变形和地震损伤破坏特征等,初步揭示了该相互作用体系的地震反应规律及液化地基中大型异跨地下结构的地震破坏特征,研究成果可为提高可液化场地中异跨地铁车站结构地震反应的认识及完善其抗震设计方法提供合理的参考。     

近地面空中爆炸马赫反射数值模拟研究

为研究马赫波冲击波参数的变化规律以及装药类型和装药形状对三波点迹线的影响,采用有限元分析软件AUTODYN建立了TNT装药近地面空中爆炸的有限元模型,将计算结果与试验结果进行了对比,两者吻合良好。在此基础上,对不同装药形状和装药类型的炸药进行了近地面空中爆炸的数值模拟。研究结果表明:马赫波波阵面上的冲量随高度增大而缓慢减小,超压峰值随高度增大先缓慢下降而后迅速减小。马赫波与地面近似垂直,其顶部的超压峰值仅为底部的67.6%~80.3%,顶部的冲量为底部的91.3%~99.0%。球形装药和长径比为1的柱状装药的三波点迹线几乎完全相同,柱状装药长径比越大,马赫波高度反而越小。C4炸药形成的马赫波高度略大于B炸药,但两者较为接近,TNT形成的马赫波高度明显小于C4和B炸药。