某大型地下停车场强地震反应数值模拟分析

本文在地下结构的震害和岩土非线性动力计算方法研究的基础上,采用数值方法,对某大型地下结构进行了完全非线性地震动力时程分析。并采用二次开发的土体非线性动力本构模型,模拟土在循环荷载作用下的动力特性。     

基于ANSYS的某山岭隧道地震响应数值分析

基于ANSYS计算平台,采用粘弹性边界模拟地基无限域的辐射阻尼效应,将地震波转换为人工边界上的等效节点力荷载,以在建成兰铁路某隧道浅埋段为研究对象,建立了三维数值计算模型,研究了二次衬砌结构的地震响应规律。结果表明:地震作用下,衬砌结构的纵向内力峰值与环向内力峰值相比较小,衬砌横断面受力特征更为显著;衬砌结构内力峰值呈对称分布,拱肩和拱脚为抗震的薄弱部位。研究结果可为山岭隧道抗震设计提供参考。     

考虑水平及竖向地震影响的盾构隧道动力分析及Pushover方法研究北大核心

为了研究竖向地震对盾构隧道的影响,并得到考虑竖向地震影响的简化静力计算方法,基于静动力统一粘弹性人工边界单元,分别建立了包含周围地基土-盾构隧道结构体系的二维非线性有限元动力和静力模型,研究了地铁隧道结构的地震反应特性,对比了仅考虑水平地震和同时考虑竖向地震输入情况下,盾构隧道的动力反应,分析了竖向地震对盾构隧道的动力性能的影响,可以看出,竖向地震对地下盾构隧道影响较大,应考虑竖向地震影响,并提出一些抗震措施建议.通过静力计算模型,基于一维动力模型输入水平地震和竖向地震波作用,获得土层的分布形式,得到一维场地反应计算目标位移,研究了考虑水平及竖向输入的静力推倒的弹塑性方法(Pushover分析)的加载模式,并采用竖向均布的体力模拟竖向地震动,与动力时程计算结果进行对比研究,讨论了考虑竖向Pushover方法的适用性,提出了考虑竖向地震荷载的静力简化方法,采用倾斜度作为抗震性能指标,并讨论了隧道结构的地震破坏准则。     

考虑水平及竖向地震影响的盾构隧道动力分析及Pushover方法研究

为了研究竖向地震对盾构隧道的影响,并得到考虑竖向地震影响的简化静力计算方法,基于静动力统一粘弹性人工边界单元,分别建立了包含周围地基土-盾构隧道结构体系的二维非线性有限元动力和静力模型,研究了地铁隧道结构的地震反应特性,对比了仅考虑水平地震和同时考虑竖向地震输入情况下,盾构隧道的动力反应,分析了竖向地震对盾构隧道的动力性能的影响,可以看出,竖向地震对地下盾构隧道影响较大,应考虑竖向地震影响,并提出一些抗震措施建议.通过静力计算模型,基于一维动力模型输入水平地震和竖向地震波作用,获得土层的分布形式,得到一维场地反应计算目标位移,研究了考虑水平及竖向输入的静力推倒的弹塑性方法(Pushover分析)的加载模式,并采用竖向均布的体力模拟竖向地震动,与动力时程计算结果进行对比研究,讨论了考虑竖向Pushover方法的适用性,提出了考虑竖向地震荷载的静力简化方法,采用倾斜度作为抗震性能指标,并讨论了隧道结构的地震破坏准则。     

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。     

考虑地震非平稳性的隧道纵向抗震可靠度分析

考虑地震运动的非平稳性,将沉埋隧道地震反应分析的数学模型应用于隧道纵向随机地震响应及其抗震动力可靠度分析。从有限元动力分析的基本原理出发,利用脉冲响应函数和傅立叶变换原理,结合随机振动理论,研究了将地震荷载作为非平稳随机过程时隧道纵向随机地震响应及其抗震动力可靠度分析方法,建立了地下结构随机地震响应数字特征及其抗震动力可靠度的计算表达式。以南京长江越江隧道初步设计方案(沉管段)为例,计算了其在非平稳随机过程地震动作用下的动力反应均方根值和纵向抗震动力可靠度,并研究了管段接头的抗震可靠度。     

埋深和围岩对双连拱隧道地震动力响应影响研究

采用数值模拟技术,结合某高烈度地震区双连拱隧道抗减震技术研究,通过分析埋深及围岩参数的变化对双连拱隧道地震动力响应的影响进行了数值模拟研究,分析总结了相应参数变化对双连拱隧道地震动力响应的影响规律,同时对地震动力作用下双连拱隧道断面位移和内力的变化规律进行分析研究,找出了地震动力作用下双连拱隧道的变形和受力薄弱部位.     

双向地震作用下浅埋砂土电力隧道动力响应分析

为了研究浅埋砂土地下电力隧道结构在双向地震作用下的行为反应,采用大型岩土软件FLAC3D对浅埋砂土地下电力隧道进行数值模拟。建立了双向地震作用下砂土电力电缆隧道的三维计算模型,地下水位为1m。计算了在水平和竖直地震荷载作用下,埋地电力隧道的动力响应,并对典型截面的典型点的加速度、位移、应力进行监测。计算结果表明,在上海人工地震波作用下,电力隧道结构水平残余位移10．9mm,竖向残余位移4．3mm,隧道结构产生的永久变形为11．7mm,隧道结构顶部和底部之间的水平相对位移3．6mm,竖向相对位移为4．3mm。地表水平残余变形几乎为0,竖向残余变形0．18mm。结构自振频率45Hz。隧道结构剪应力、主应力大小随着动荷载的输入应力幅变化很小,在1％左右;第一主应力和第三主应力的最大值在隧道侧壁C点。数值分析结果表明,在砂土地基下隧道产生剪切、拉伸破坏以及发生共振的可能性较小,侧壁是竖向抗震的薄弱环节。     

地下结构抗震分析与设计的Pushover分析方法

在借鉴地上结构抗震分析的Pushover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Pushover分析方法.详细介绍该方法的实施步骤、基本功能与特点,给出适用于该方法的水平荷载分布形式与目标位移的确定方法.该方法能够反映土-结构之间的相互作用;能够进行结构在地震作用下的全过程分析,得到地下结构的能力曲线;目标位移求解原理简单,根据目标位移可以得到结构的地震反应,进而可以对结构在地震作用下的变形与内力进行评估;计算得到的结构能力曲线与地震波的选取关系不大,计算结果具有较好的模拟精度,从而避免对土-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Pushover分析方法的可靠性与良好的模拟精度,可以用于地下结构的抗震分析与设计中.     

双向地震作用下浅埋软土电力隧道的动力响应

为了研究浅埋软土地下电力隧道结构在双向地震作用下的行为反应,采用大型岩土软件FLAC3D对浅埋软土地下电力隧道进行了数值模拟。建立了双向地震作用下软土电力电缆隧道的三维计算模型,考虑地下水位为地表以下1 m,计算了在水平和竖直地震荷载作用下,埋地电力隧道的动力响应,并对典型截面的典型点的速度、加速度、位移进行了监测。计算结果表明,在上海人工地震波作用下,电力隧道结构水平残余位移62.7 mm,竖向残余位移7 mm,隧道结构产生的永久变形为63 mm,隧道结构顶部和底部之间的水平相对位移52.1 mm,竖向相对位移几乎为0。地表水平残余变形16.4 mm,竖向残余变形7 mm。结构剪应力大小随着动荷载的增大而增大,而主应力随动荷载的输入而减小。数值分析结果表明,在软土地基下电力隧道产生剪切破坏的可能性较大,拉伸破坏和共振的概率较小。     

浅埋地下结构中柱动力响应研究

阪神地震中地铁车站遭受了严重破坏。破坏基本都是由于中柱坍塌引起的,这表明中柱是浅埋地下结构抗震的薄弱环节。运用有限差分软件FLAC对地下结构中柱的内力进行静、动力分析,并对北京地区典型的地铁车站结构缩尺模型在地震作用下的中柱动力响应进行振动台试验验证,揭示中柱受地震力破坏的机理,为地下结构抗震设计提供依据。     

Mountain tunnel under earthquake force:A review of possible causes of damages and restoration methods

Accurate seismic assessment and proper aseismic design of underground structures require a comprehensive understanding of seismic performance and response of underground structures under earthquake force.In order to understand the seismic behavior of tunnels during an earthquake,a wide collection of case histories has been reviewed from the available literature with respect to damage classification,to discuss the possible causes of damage,such as earthquake parameters,structural form and geological conditions.In addition,a case of Tawarayama tunnel subjected to the 2016 Kumamoto earthquake is studied.Discussion on the possible influence factors aims at improving the performancebased aseismic design of tunnels.Finally,restoration design criterion and methods are presented taking Tawarayama tunnel as an example.     

可液化地层中地铁隧道地震响应数值模拟及其试验验证

饱和砂土地层中的地下结构在地震作用下可能因地基液化而发生破坏。采用动力固结两相体有限元程序DIANA SWANDYNE-II对可液化地层中地铁隧道结构的地震响应进行了模拟,并与动力离心模型试验结果对比以验证其效果。选用广义塑性模型Pastor-Zienkiewicz III模拟可液化土的动力特性,基于Biot方程的u–p形式建立有限元方程,进行饱和土动力固结的耦合计算。计算表明,该数值模型可较合理地模拟地下结构的地震反应特性,计算结果与试验现象基本相符。地基液化引起的结构附加内力及隧道上浮主要受地基液化时土水压力变化的影响,截断墙的设置可有效减轻隧道结构的上浮。     

1995年日本阪神地震大开地铁车站震害原因及成灾机理分析研究进展

1995年日本阪神地震中,大开、长田、三宫、上泽和新长田等地铁车站以及区间隧道发生了程度不同的震害,特别是大开地铁车站震害极为严重,是迄今为止人类历史上首次记录到的几乎完全塌毁的大型地下结构震害事例,引起了人们对地下结构抗震问题的关注和重视。围绕大开地铁震害事例,国内外已开展了大量的理论、数值和试验研究工作,对震害机理和破坏模式等进行了深入、系统的解析,深化了对地下结构抗震性能的理解,但由于研究者们各自侧重的角度不同,资料的掌握和分析模型与方法上的差异,仍存在一些认识上的歧义,迄今并未形成一种系统性的共识。本文较为系统地从研究者们所采用的分析方法、分析模型及获得的相应结论等角度,回顾了围绕大开车站震害事例开展的研究工作,总结了地震动、场地特性及结构构造因素等对大开车站震害影响的分析成果,并对进一步深入分析大开车站震害现象以及地下结构抗震应解决的关键问题提出了建议。     

Seismic design and analysis of underground structures

Underground facilities are an integral part of the infrastructure of modern society and are used for a wide range of applications, including subways and railways, highways, material storage, and sewage and water transport. Underground facilities built in areas subject to earthquake activity must withstand both seismic and static loading. Historically, underground facilities have experienced a lower rate of damage than surface structures. Nevertheless, some underground structures have experienced significant damage in recent large earthquakes, including the 1995 Kobe, Japan earthquake, the 1999 Chi-Chi, Taiwan earthquake and the 1999 Kocaeli, Turkey earthquake. This report presents a summary of the current state of seismic analysis and design for underground structures. This report describes approaches used by engineers in quantifying the seismic effect on an underground structure. Deterministic and probabilistic seismic hazard analysis approaches are reviewed. The development of appropriate ground motion parameters, including peak accelerations and velocities, target response spectra, and ground motion time histories, is briefly described. In general, seismic design loads for underground structures are characterized in terms of the deformations and strains imposed on the structure by the surrounding ground, often due to the interaction between the two. In contrast, surface structures are designed for the inertial forces caused by ground accelerations. The simplest approach is to ignore the interaction of the underground structure with the surrounding ground. The free-field ground deformations due to a seismic event are estimated, and the underground structure is designed to accommodate these deformations. This approach is satisfactory when low levels of shaking are anticipated or the underground facility is in a stiff medium such as rock. Other approaches that account for the interaction between the structural supports and the surrounding ground are then described. In the pseudo-static analysis approach, the ground deformations are imposed as a static load and the soil-structure interaction does not include dynamic or wave propagation effects. In the dynamic analysis approach, a dynamic soil structure interaction is conducted using numerical analysis tools such as finite element or finite difference methods. The report discusses special design issues, including the design of tunnel segment joints and joints between tunnels and portal structures. Examples of seismic design used for underground structures are included in an appendix at the end of the report.     

直下型地震作用下地下结构的动力响应分析

通过建立土与地下结构相互作用的模型,并利用有限元软件分析在直下型地震力作用下的地下结构的应力、位移以及土层的位移情况,探讨竖向地震力对地下结构的影响,研究表明竖向地震力的参与增加了结构的最大动力反应,对地下结构的破坏有显著的影响。     

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。     

上覆土竖向惯性力对浅埋地下框架结构地震损伤#br# 反应影响离心机振动台模型试验研究

已有研究表明不同轴压比下中柱侧向变形能力是影响浅埋框架地铁车站结构抗震性能的关键因素。为了研究由竖向地震作用引起的柱轴压比增高对浅埋地下框架结构的地震损伤反应的影响,采取在结构上覆土中掺入钢砂的方式体现上覆土的竖向惯性力作用,开展地下结构地震破坏离心机振动台模型试验研究。试验结果表明：结构上覆土体掺钢砂的方式对土-结构体系的动力特性、地震作用下地下结构顶、底板水平相对位移反应影响不大;增加上覆土竖向惯性力较大地改变了围岩土体与地下结构的接触压力分布形式,进而改变结构各构件的内力状态,使得框架结构中的关键竖向承力柱的轴压比升高;增加上覆土竖向惯性力导致地下结构框架受力及中柱轴压比增高的后果使得地下框架结构更易发生地震破坏。     

地下结构在竖向和水平地震荷载作用下的动力分析

本文基于有效应力动力分析法 ,运用二维显式有限差分程序FLAC对地下结构在竖向和水平地震荷载作用下的动力响应进行数值分析。编制了周围土体介质分析模型的程序模块并与FLAC接口。考虑了水平和竖向地震荷载对地下结构的耦合效应 ,得出了竖向地震荷载对地下结构的破坏有重要影响的结论。     

基于SMA—橡胶支座和碟形弹簧的球面网壳结构多维隔震

球面网壳结构是典型的大跨度空间结构,地震时水平和竖向地面运动分量对其地震响应的影响均十分显著。为了提高其抗震性能,采用SMA—橡胶支座和碟形弹簧形成分段隔震机制以降低结构的多维地震响应。本文建立了SMA—橡胶支座和碟形弹簧的隔震计算模型。进而,根据球面网壳结构多维隔震的动力方程,针对某单层球面网壳结构,开展了其在不同地震作用下的多维隔震控制研究。由时程响应的数值模拟结果可见,多维隔震网壳结构的杆件内力、加速度响应和位移响应较无控结构有了显著的降低,从而验证了所提出的多维隔震技术对于保护球面网壳结构免遭地震灾害破坏的有效性。