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。     

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。     

钢管混凝土中柱地铁车站结构地震响应规律

为提高和改善地下结构抗震性能,现有地铁车站结构通常采用钢管混凝土中柱,主要考虑混凝土中柱类型对地铁车站结构的地震响应影响,以两层三跨地铁车站作为研究对象,采用OpenSees有限元软件建立土-地铁车站结构二维整体有限元模型,并基于合成人工地震动输入土-地铁车站结构整体有限元模型,对模型进行非线性时程分析,研究钢管混凝土中柱地铁车站地震响应规律。结果表明：多遇地震动和设防地震动作用下,钢管混凝土地铁车站顶层中柱最大层间位移角相较于钢筋混凝土地铁车站分别降低了5%和1%,底层中柱最大层间位移角下降幅度仅为24%和8%;罕遇地震动作用下,钢管混凝土中柱使地铁车站顶层和底层最大层间位移角分别降低了9%和7%,钢管混凝土中柱底部在最大变形时刻承受的剪力增加了7%;极端地震作用下,地铁车站结构产生较大变形,钢筋混凝土中柱出现破坏时刻钢管混凝土中柱并未破坏,钢管混凝土中柱对地铁车站结构抗震性能提升作用显著。     

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。     

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。     

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。     

地铁车站水平地震作用下二维时程分析

在地铁车站的结构设计中,对地震工况下车站结构的计算方法及地震反应研究较少。本文根据土-地下结构动力相互作用的整体分析基本理论,建立了二维有限元模型;选取结构控制节点或截面的位移、内力等作为关键变量,得出各变量在地震作用下载结构上的分布情况、结构可能出现的危险结点或截面。最后建立了结构在不同埋深下的分析模型,得出了位移、内力等变量随着埋深的变化规律,为地铁车站结构的抗震设计提供一定的参考依据。     

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。     

南京地铁双层车站抗震分析

采用土-结构相互原理对南京市典型双层地铁车站进行了水平地震作用下的有限元动力时程分析。结果表明,地震作用下结构的构件节点与中柱处应力最大,结构峰值变形反应与自由场峰值变形反应之间特性基本相似并近似存在简单的线性关系。讨论地震作用下土-地下结构体系动力响应的特点和影响因素,提出了一些地下结构抗震设计的参考建议。     

地铁车站主体结构地震响应数值模拟分析

为实现沈阳地铁车站主体结构的抗震模拟分析,以沈阳地铁某车站为工程背景,应用有限元计算软件Midas-GTS,研究在El Centro水平地震动作用下,车站主体结构的地震响应特性。研究结果表明,构件连接处位移较大,构件连接处的节点相对位移峰值与地震荷载加速度峰值出现时间相同。在时间2s附近,危险截面的纵向相对位移最大,与地震波最大加速度时间一致;节点加速度峰值出现在柱顶,水平位置相同高度越高的节点的加速度峰值越大;结构构件连接处的节点应力较大,是车站结构抗震的薄弱环节,应在设计时进行合理的加固处理。     

地铁换乘车站结构抗震性能数值模拟分析

文章以天津地铁11号线(地下二层)与12号线(地下三层)"L"形换乘车站为例,分别采用二维反应位移法对换乘车站在多遇地震作用下,二维反应加速度法和三维时程分析法对换乘车站在罕遇地震作用下的受力状态与变形情况进行模拟,最终基于地震作用下的内力及层间位移角对车站结构的抗震设防性能进行分析与评价。分析结果表明:对比二维计算中抗震工况和静力工况结果,对地下结构尺寸及配筋起控制作用的是静力工况;地铁车站换乘节点中埋深较浅的结构相对而言更不利于抗震,在设计时需加强其相应部位的抗震构造措施。     

基于Abaqus的地下结构反应位移法抗震分析

随着城市地下空间的大规模开发利用,地铁、地下综合管廊、地下商店等地下结构得以大量兴建,其抗震问题已经成为城市地下工程抗震研究的重要组成部分。应用规范推荐的反应位移法对不规则矩形地铁车站结构进行抗震计算,分析不同位移加载方向下结构在设防地震、罕遇地震作用下的内力情况及抗震性能,进一步验证反应位移法的适用性。本文主要通过Abaqus软件对武汉地铁光谷五路站典型截面进行分析。     

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。     

地震动特性及输入方式对地铁车站结构地震响应的影响

随着地下结构抗震理论与设计方法的发展,有限元方法逐渐被广泛地运用于地下结构的抗震分析与计算中。基于有限元方法,考虑不同地震动特性及输入方式对地铁车站结构地震响应的影响。结果表明:能量主要集中在低频区段的地震动荷载对地铁车站结构的地震响应影响比较明显,而且应力与位移的响应值较大。此外,对不同地震动输入方式进行比较分析后,可知输入速度时程且设置黏弹性边界的结果较为理想。通过不同地震动特性及输入方式的应力计算,均可得到中柱顶部与底部的应力响应值最大,在实际的工程设计与施工时应采取相应的措施。     

土与结构相互作用下的动力可靠性分析

在室内软土动力试验和有限元有效应力动力分析方法的基础上 ,引进了可靠度理论 ,提出了考虑土 -结构相互作用的软土地层中地下建筑物抗震稳定可靠性分析的方法 ,考虑 7度地震烈度时不同软弱土层对地下建筑物抗震稳定的影响 ,选用多条基岩强震地震记录曲线对典型上海地铁车站进行分析。计算内容涉及车站结构和周围土体的动应力 ,周围土体的孔隙水压力、震陷及车站结构和周围土体的动力可靠度 ,所得到的计算与分析结果在理论上提高了对软土地层中地下建筑物抗震稳定性分析的水平 ,为上海软土地层中地铁车站抗震设计提供了依据。     

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。     

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。     

天津地铁土城车站地震反应分析

针对天津地铁1号线土城车站工程,使用ANSYS程序,建立了粘性边界的有限元计算模型,运用模态叠加法对地下结构-土动力相互作用系统进行了分析计算,得出了地铁车站框架结构在天津波、人工波(中震)及人工波(小震)作用下的动内力、动位移地震反应。对现行结构设计进行了校核,分析了结构抗震的薄弱环节以及地震反应可能对地铁车站造成的破坏。     

土与结构相互作用下的地下建筑物动力可靠性分析

本文在室内软土动力试验和有限元有效应力动力分析方法的基础上,引进可靠度理论提出考虑土-结构相互作用的软土地层中地下建筑物抗震稳定可靠性分析方法,考虑地震烈度和不同软弱土层对地下建筑物抗震稳定的影响,选用多条强震地震记录输入时程对两个典型上海地铁车站进行算例分析。计算内容包括地铁车站和周围土体的动应力,周围土体的孔隙水压力、震陷及车站结构和周围土体的动力可靠度,所得到的计算与分析结果在理论上提高了对软土地层中地下建筑物抗震稳定性分析的水平,为上海软土地层中地铁车站抗震设计提供了依据。