地下结构中柱在竖向地震作用下动力响应研究

使用了结构动力学有关理论,研究了当竖向地震发生时双层双跨地下结构上下两层中柱的动力响应。为了解决问题的简便,首先可以将地下结构作为刚体来研究,利用土—地下结构之间的相互作用获得刚体在竖向地震作用下的动力响应。然后,利用地下结构的对称性,取一半地下结构来进行研究计算,侧墙与底板、顶板的约束使用抗弯弹簧替换。之后,利用边界条件可以把刚体动力响应输入顶板和底板中,以便获得底板和顶板的剪力,最后得到上下两层中柱的受力情况。结果表明,竖向地震作用对双层地下结构上下两层中柱的作用是比较明显的,并有可能对地下结构中柱产生严重的破坏,同时下层中柱相比于上层中柱的竖向作用更加明显。     

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。     

地震荷载作用下顺层岩体边坡动力放大效应和破坏机制的振动台试验研究

以四川省安县干磨房滑坡为原型,设计并完成了比例为1∶100的顺层岩体边坡大型振动台试验。通过逐级加载不同峰值、频率和持时的地震波,研究了地震荷载作用下边坡的动力响应特征和变形破坏机制。试验结果表明,输入波频率和幅值对边坡加速度动力响应影响较大。当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波频率的增大而增大;超过边坡的初始自振频率后,水平向PGA放大系数减小,放大效应减弱;当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波幅值的增大而增大;当输入波频率接近和大于边坡初始自振频率时,低幅值地震波对水平向PGA放大系数影响更显著;地震荷载持时对边坡动力响应影响不明显。通过对边坡位移动力响应和试验过程拍照录像记录分析,发现与边坡其他部位相比,坡肩处的位移动力响应更为显著;边坡在输入波幅值加载至0.6 g时处于临界状态,对应的临界位移值约为7.3 cm,该值的确定是后续研究采用临界位移评价地震作用下边坡稳定性的基础与前提条件;地震荷载作用下顺层岩体边坡的破坏模式为:坡肩开裂→坡顶出现贯穿裂缝→坡脚附近的坡面隆起→坡顶贯穿裂缝与隆起部位贯通→边坡沿层面发生浅部滑动从而失稳破坏。模型试验较好地揭示了地震荷载作用下顺层岩体边坡的动力放大效应和变形破坏机制,可为工程边坡的抗震设计和防灾减灾提供有益的借鉴与参考。     

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。     

人防工程板柱结构地震响应数值模拟研究

地震是影响人防工程平时安全的重要因素.针对使用量大,涉及面广的典型二层三跨人防工程板柱结构,采用FLAC3D有限差分分析软件进行了9度设防加速度峰值的上海人工波作用下结构的动力响应计算,分析了结构的地震反应特点、受力特征与抗震性能.研究表明,人防工程板柱结构中柱是应力、应变最大的部位,墙板角隅处次之.当地震发生时,多层...     

偏心框架结构在水平地震动作用下的弹塑性分析

通过单层质量偏心体系钢筋混凝土框架结构,运用ANSYS软件,建立钢筋混凝土有限元空间实体整体式模型结构,输入罕遇地震波进行弹塑性时程分析,研究在单向水平地震作用下结构弹塑性侧扭耦合扭转地震响应。     

罕遇地震作用下框架-核心筒结构弹塑性反应分析

采用有限元软件进行单向、双向罕遇地震作用下框架-核心筒结构弹塑性时程分析,通过单向、双向罕遇地震作用下结构响应对比,分析了双向罕遇地震作用对结构顶点位移、层间位移角、楼层相对扭转角及相对加速度的影响;通过改变地震波输入角度,考察了其对结构响应的影响。结果表明:单向、双向罕遇地震作用下的结构层间位移角曲线较为相似,但是双向罕遇地震作用下的结构层间位移角明显较单向作用下的大;地震动特性对楼层扭转角的影响较为显著,一般相对扭转角最大值均出现在结构的顶层;楼层响应相对加速度最大值一般出现在结构底部1/5~3/5结构高度内或结构的顶部;地震波输入角度对结构响应的影响较大。     

分体柱在地下车站结构中的减震效果研究

已有研究表明,对于浅埋框架式地下结构,高轴压下中柱水平变形能力不足是导致地震破坏的关键因素。分体柱在承载能力与整体柱相当的情况下,具有更好的变形和耗能能力而广泛应用于地上结构,探讨了分体柱在地下结构抗震领域中的应用可行性。基于ABAQUS有限元平台,建立土–地下结构整体三维数值分析模型,通过Pushover和动力时程分析方法对比研究了采用分体柱的新型地下车站结构与原型车站结构的抗震性能,分析了分体柱的减震效果。研究结果表明,采用分体柱的新型地下车站结构中柱的层间位移地震响应有所增大,但相对于中柱变形能力的提升,其影响程度并不显著;分体柱替换现浇整体柱,会使得结构截面内力重分布,中柱所承担的剪力大幅减小,侧墙的剪力变化不明显。总体上,采用分体柱的新型地下车站结构显著改善了在高轴压比下中柱和侧墙变形不协调的问题,能够有效提升其抗震性能。     

考虑SSI效应的核电结构水平与竖向地震响应的耦合效应研究

本文通过振动台试验研究第三代核反应堆AP1000核安全壳模型水平与竖向地震响应的耦合效应,对该结构模型在单向和三向激励下的加速度响应进行了对比分析。分析结果表明,对于刚性地基:无隔震时,在结构频率附近,上部结构在三向地震输入下的加速度响应大于单向地震输入下的加速度响应;有隔震时,上部结构在三向地震输入下的加速度响应大于单向地震输入下的加速度响应。对土性地基来说:无隔震时,在2~10Hz范围内,上部结构在单向地震输入下的加速度响应大于三向地震输入下的加速度响应;有隔震时,在隔震系统频率附近,上部结构在单向地震输入下的加速度响应大于三向地震输入下的加速度响应。     

考虑地震耦合效应的单元式玻璃幕墙地震作用研究

对一种隐框单元式玻璃幕墙进行了研究,考虑单元式玻璃幕墙与主体结构的相互关系,建立了单元式玻璃幕墙地震耦合作用的振动控制微分方程,以简谐波为实际工程的输入波,研究了结构自振周期、单元式玻璃幕墙系统自振和地面运动周期对幕墙耦合动力响应的影响。以El-Centro波作为输入,研究了单元式玻璃幕墙的地震反应现象,分析了单元式玻璃幕墙在地震作用下的破坏机理,为单元式玻璃幕墙的抗震设计提供些参考。     

足尺水泥聚苯模壳格构式混凝土填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究水泥聚苯模壳(EPSC)格构式混凝土填充墙钢筋混凝土(RC)框架的抗震性能,对一足尺单层EPSC格构式混凝土填充墙RC框架模型进行了振动台试验。试验中考虑了墙体开洞及墙体与RC框架的连接方式,研究了不同强度地震动作用下模型结构的动力特性、加速度反应、位移反应、层间剪力和动应变反应。研究结果表明：连续强震动作用下EPSC裂缝数量较多,部分格构柱水平开裂,而RC框架未发现损伤,EPSC格构式混凝土填充墙RC框架具有良好的抗震性能;模型最大层间位移角仅为1/513,格构式混凝土墙体的存在极大增强了RC框架的抗侧刚度;墙体与RC框架设置不同间距、长度的拉结筋均能提高墙体的平面外稳定性能,可控制墙体与框架协同工作。     

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。     

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。     

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。     

近场强震作用下上海地区百米高层建筑地震动反应分析

首先,依据汶川地震中不同震中距基岩地震波记录,选取假设上海近场发生M8.0级强震时的基岩地震波.然后,对上海某百米高层建筑场地进行深覆盖土层地震反应分析,获得该场地在近场强震时的地表波.最后,以此百米高层建筑为例,分析该结构在此地表波作用下的地震动反应特点,从而评估近场强震对上海高层建筑的影响.分析结果表明:结构在双向地震动作用下的反应与单向地震动作用下的反应有明显不同.其中,地震动垂直分量对结构顶层节点竖向反应放大作用显著;地震动水平分量对结构顶层节点三个方向反应都有放大效应;地震动水平分量对结构层间位移角起决定性作用;地震动水平分量对结构底层角柱内力的影响大于地震动垂直分量对其的影响.     

适量注芯混凝土砌块结构模型振动台试验研究

通过对6层适量注芯混凝土小型空心砌块配筋砌体结构模型进行地震模拟振动台试验,分析结构体系的结构动力特性、加速度放大反应、最大层间位移角等,研究其在抗震设防烈度为7度构造措施条件下的结构抗震性能、屈服机制。试验结果表明：配筋砌体模型结构在地震作用下的整体变形仍以剪切变形为主;在输入不同地震波、不同峰值加速度时,结构横向所能承受的输入峰值加速度的平均值比纵向要高,横向变形大于纵向变形,说明结构纵向抗震能力要强于横向;圈梁、构造柱以及水平拉结筋构成的约束体系作用明显,结构在基本烈度地震作用下抗破坏能力较强,能够满足抗震规范规定的在7度区“大震不倒”的要求;结构在罕遇地震作用下也具有相当的抗震能力。     

板柱体系模型动力试验研究

针对民防工程抗力加固问题,采用量纲分析和微分方程法推导和分析钢筋混凝土板柱体系模型动力试验的相似比并建立试验模型。开展板柱体系立柱加固模型的动力性能试验研究。了解在核爆炸冲击波载荷作用下无边墙、无柱帽板柱体系的动力性能、破坏形态和采用后加柱加固的实际效果等问题。研究表明,采用后加柱加固明显改变结构的破坏形态,较大提高整个结构尤其是结构顶板的承载能力;无柱帽板柱体系的节点抗冲切破坏问题是一个薄弱环节。     

液化场地浅埋钢筋混凝土结构物变形及 动土压力分析

 基于多重剪切机构塑性模型和液化前缘面的有效应力分析方法,分析不同地震强度下液化场地中浅埋大断面矩形钢筋混凝土结构物变形与地震动土压力分布特征,进而探索0.85 g输入地震波条件下结构物与液化土间的相对位移差、结构物侧壁和顶底板土体的动土压力、剪切应力、有效应力和超孔隙水压力的变化规律。研究得出结构物的最大变形、弯矩和曲率值随着地震强度的加大而增大,结构物最先发生屈服变形部位位于拐角处,并逐步向周围扩展;场地发生液化模型中的结构物–液化土相互作用系数数值小于场地未发生液化模型,结构物与土体间的相对位移差值随着场地液化而剧增到一定值;作用于结构物侧壁的动土压力最大值和震后值随地震强度加大而增加,但不是简单的线性增长;结构物侧壁动土压力随着振动持续而增长,而作用于顶底板土层的剪切应力和侧壁有效应力随着土体液化而剧减。研究结论可为液化场地浅埋结构物的抗震设计提供可靠的依据和参考。     

土–地铁动力相互作用体系侧向变形特征研究

针对现有地下结构抗震分析方法用于地铁大型地下结构的可行性研究明显不足问题,根据中国抗震规范的相关规定设计了常见的3种场地类别,考虑输入地震动特性及其强度,通过84种有限元计算工况,分析了土–地铁地下结构非线性动力相互作用体系的侧向变形特征。结果表明,在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ3个场地类别条件下输入加速度峰值较大时(0.3g和0.4g),或者场地类别为Ⅳ类时即使输入很小地震动峰值加速度时,土与结构相互作用系数均小于1,即大型地铁地下结构侧向土体总是"推着"地下结构产生最大相对变形,此时地铁地下结构周围土层的大变形将对地下结构抗震造成不利的影响。反之,将会出现地铁地下车站结构侧向最大变形大于等代土体单元的侧向变形,即地下结构的动力变形将受到周围土层的约束作用,此时将对地下结构的抗震起到有利作用。同时,也给出了场地类别和输入地震动特性对土–地铁地下结构相互作用系数的影响规律。     

大开地铁车站地震破坏模拟与机理分析

1995年日本阪神地震中塌毁的大开地铁车站震害事例引起了人们对地下结构抗震问题前所未有的关注和重视。针对这一震害事例,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,但迄今并未形成一种系统性的共识。基于大开地铁车站三维非线性数值分析模型,采用时域显式整体分析方法,从围岩土体对浅埋地下结构的两种地震作用效应、组成结构构件不同的受力功能,以及关键构件的力学性能与体系受力分配改变导致的侧墙、中柱变形能力不协调等方面,系统阐述了大开地铁车站的地震破坏机理和失效模式,并提出了抗震关键支撑柱概念。