等效线性方法在地铁车站抗震分析中的应用

地铁车站等地下结构的抗震设计离不开场地的地震分析,而一维等效线性化波动方法是土层地震反应分析的主流方法。该方法可以间接模拟土体的动力非线性,并能满足工程需要的精度要求。本文探讨了等效线性方法的有限元实现方法,并嵌入到ABAQUS的用户子程序UMAT数据接口。算例表明,此方法的一维场地地震分析与SHAKE91相吻合,符合实际规律并具有较高的计算精度和较快收敛速度。考虑土与结构相互作用,将等效线性方法应用于地铁车站的横断面抗震分析中,发现结构受力形式和滑移破坏与实际的震害观测资料吻合,与反应位移法的对比发现二者计算的内力分布差异较大,当按照传统拟静力方法抗震设计时,顶板的受力和设计应该引起足够的重视。此方法具有自身的优势,可以作为一种辅助手段运用于地铁车站等地下结构的抗震分析中。     

基于耐震时程分析法的地下结构抗震性能评价

耐震时程分析法是基于给定的目标反应谱构造地震动强度随持时不断增大的人工加速度时程曲线,并用于工程结构非线性动力时程分析,有效反映结构从弹性进入塑性直至发生破坏的全过程,进而对结构抗震性能进行综合评价。为研究该方法在地下结构抗震性能评价中的适用性,以大开地铁车站为原型,建立土–地下结构相互作用有限元模型,基于中国抗震规范的设计反应谱生成3条耐震加速度时程曲线作为地震输入,同时选择15条天然地震动进行增量动力分析,对比研究了地铁车站的地震响应特征。研究结果表明:耐震时程分析结果处于增量动力分析结果的包络线之内,并与增量动力分析结果的均值曲线吻合较好,因此,耐震时程分析方法可以作为地下结构进行抗震性能评价的一种新的高效率方法;此外,场地基本自振周期对应的加速度反应谱强度比输入地震动峰值加速度更适合作为预测地下结构地震响应的地震动强度指标。     

地铁地下结构抗震设计方法差异性规律研究

详细介绍动力时程分析方法、反应位移法、整体式反应位移法、强制反应位移法、张建民地震土压力方法、简化地震土压力方法、反应加速度法、地下结构Pushover分析方法等地铁地下结构抗震设计方法。结合以上各种抗震设计方法,计算不同地质条件以及不同埋深条件下北京地下直径线单层框架结构侧墙变形(顶底板位移差值)及结构内力,并对其结果进行比较分析,为探讨各种设计方法计算结果的差异性规律提供一定的依据。结果表明,不同土层条件时,反应加速度法、地下结构Pushover分析方法与动力时程分析方法计算值基本一致;不同埋深条件时,基于日本铁路抗震设计规范动弹簧系数的反应位移法、张建民地震土压力方法与动力时程分析方法计算值更为接近。     

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。     

暗挖地铁车站抗震设计计算方法对比分析

以北京市某地铁车站为工程依托,对比分析了反应位移法和非线性时程分析法在暗挖地铁车站抗震设计中的应用问题,以确定在地震作用下地铁车站结构的可靠性和稳定性。通过分析可知,2种计算方法的计算结果规律虽整体一致,但反应位移法位移计算值约为非线性时程分析法的1.55倍;鉴于地铁车站工程抗震研究的复杂性和地震破坏的严重性,应同时采用2种方法进行包络计算和设计。后续应进一步研究不同场地条件下地铁车站结构的抗震性能,以寻求不同地层、不同结构形式下准确、可靠的抗震分析方法。     

地铁车站结构地震反应模拟分析

应用ABAQUS有限元分析软件对天津市滨海新区不均匀软土场地地铁车站在地震作用下的反应进行模拟分析,从车站抗震性能、土-地铁车站结构位移、有无地下连续墙存在时的地铁车站结构应力及土-地铁车站结构动力相互作用等方面展开研究。研究结果表明:覆土层厚度对地铁车站结构应力、应变有一定影响,设计时应充分考虑;地震作用下,车站中柱底部及中层楼板应力较大,且柱与楼板交接点范围内应力较大;不考虑地下连续墙影响时,地铁车站结构位移及应力均明显增大,不利于结构抗震设计。     

基于一维自由场分析对洞桩法车站进行反应位移法及时程分析法抗震计算

面对复杂的环境,采用洞桩法暗挖修建车站屡见不鲜,同时,由于近年来发生的大地震中地下结构发生过严重破坏,对地铁车站进行相关的抗震验算分析不可或缺。在地下结构抗震设计简化分析方法中,反应位移法与时程分析法应用广泛。论文通过一维自由场分析取得更准确的地层相关数据,并对2种计算方法进行对比分析。     

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.     

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。     

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。     

地下结构抗震设计中的静力弹塑性分析方法

首先介绍目前地下结构抗震分析方法存在的主要问题,在借鉴地上结构静力弹塑性分析方法思想的基础上,提出一种适用于地铁等地下结构抗震分析与设计使用的静力弹塑性方法。详细介绍该方法的实施步骤与特点,给出水平等效惯性加速度的求解方法。该方法概念清晰、操作简单,能够在不需要计算相互作用系数的情况下较好地模拟土-结构之间的动力相互作用;能够进行结构在地震作用下的全过程分析,给出地下结构在输入地震波作用下的峰值变形与内力,避免对土-结构整体模型进行复杂的动力相互作用分析。结合实际工程与基于黏弹性静-动力统一人工边界的静-动力联合分析方法进行对比研究,验证地下结构静力弹塑性分析方法的可靠性及良好的模拟精度,可以应用于地下结构的抗震分析与设计中。     

基础隔震结构直接基于位移设计的一体化抗震设计方法

为更加合理地进行基础隔震结构的抗震设计,以使用铅芯橡胶隔震支座(LRB)的基础隔震结构作为研究对象,提出了基础隔震结构直接基于位移设计(DDBD)的一体化抗震设计方法.对于给定地震水准下预先设定的性能目标(即LRB隔震系统最大水平变形和上部结构最大层间位移角),通过所提出的一体化抗震设计方法可以确定LRB隔震系统的力学...     

整体式反应位移法的理论推导及一致性证明

整体式反应位移法是近几年提出的用于地下结构抗震分析的实用计算方法,目前适用于复杂断面形式地下结构抗震分析的整体式反应位移法已被《地下结构抗震设计标准》（GB/T 51336-2018）采用。该方法通过建立地层-结构整体模型来反映岩土介质与结构之间的相互作用、采用自由场地层模型计算等效输入地震荷载,避免了经典反应位移法中由地基弹簧的确定和使用带来的计算量和计算误差,同时弥补了经典反应位移法只适用于规则断面形状地下结构抗震分析的局限性。文章基于有限元离散模型,给出地下结构地震反应分析的整体式反应位移法的理论推导,并证明地下结构抗震设计标准中采用的整体式反应位移法与理论推导给出的整体式反应位移法的一致性,有助于对整体式反应位移法的理解和正确使用。     

地下框架结构抗震性能评价方法的研究

目前关于地下结构地震响应的分析大多是计算给定的地下结构在给定地震动下的动力响应,而该结构在该动力响应下是否已破坏则不得而知,这就需进行地下结构抗震性能评价方法的研究。首先总结了目前国内外在地下框架结构破坏评价方法方面的研究,在此基础上,结合《建筑抗震设计规范》,提出了新的评价方法：基于层间位移角的构件变形能力评价和基于有效应力值的构件强度评价。然后,以地铁车站及地下人防工程等地下框架结构为例,建立其三维分析模型,计算其三维地震响应,主要包括结构的水平横向相对位移和结构受力,对地下框架结构抗震性能进行评价。分析表明：所提出的评价方法能初步应用于地下框架结构的抗震性能评价,但仍需进一步完善。研究成果和思路可为《建筑抗震设计规范》中地下建筑结构部分的补充和完善提供有益的帮助。     

地铁地下结构抗震分析及设计中的几个关键问题

针对我国尚缺少完善的地铁地下结构抗震分析方法和专门的地铁结构抗震设计规范的现状,在分析目前我国地铁等地下结构抗震研究及设计方法的基础上,重点阐述了需要迫切解决的五个关键问题:合理的地下结构动力分析模型,高效的地下结构-地基系统动力相互作用问题分析方法,合理而实用的地铁地下结构地震破坏模式和抗震性能评估方法,地铁地下结构抗震构造措施,地铁区间隧道穿越地震断层的设计方案及工程措施。这些问题的研究和解决将为地铁地下结构抗震设计规范或规程的制定奠定坚实的基础。     

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。     

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。     

高强超薄壁冷弯型钢低层住宅抗震设计方法

结合国内外已完成的冷弯薄壁型钢龙骨式复合墙体静力和动力试验研究成果,提出了冷弯薄壁型钢复合墙体的骨架曲线和恢复力模型。基于已经完成的屈服强度550 MPa高强超薄壁冷弯型钢足尺结构模型振动台试验,对结构在多遇和罕遇地震作用下的抗震分析方法进行了对比。结果表明：多遇地震作用下结构的弹性分析可采用底部剪力法、反应谱法和弹性时程分析法;罕遇地震作用下结构分析可采用静力非线性（推覆）分析和非线性时程分析法。依据GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》的基本规定,提出了低层冷弯薄壁型钢龙骨体系结构的抗震设计实用方法建议。     

钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计方法的耗能需求计算与设计流程

基于“强墙肢弱连梁”合理耗能机制控制的前提,提出钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计的实施流程。基于大量钢筋混凝土框架-剪力墙结构算例的弹塑性时程分析结果,给出了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各构件累积耗能需求的实用计算方法,包括结构总累积耗能EH,EH 在连梁、墙肢和框架梁中的分配,各类构件累积耗能沿楼层高度的分布,同层同类构件的累积耗能分配。结合合理的构件损伤评价模型,建议了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各类构件的能力设计方法,将基于能量抗震设计方法落实到构件层次。最后,通过一个20层钢筋混凝土框架 剪力墙结构算例,说明了所建议的基于能量抗震设计方法的具体应用。与时程分析结果的比较表明,所建议方法的构件耗能需求计算结果与时程分析结果吻合较好,且偏于安全。