自由场位移修正值R在地下结构抗震设计中的应用

地下结构抗震设计中,土和结构之间的相对位移普遍采用反应位移法和非线性动力时程分析法。但是反应位移法参数过多、求解过程繁琐,非线性动力时程分析法耗时较长,不利于设计工作者快速得到可靠设计参数。本文基于地铁结构抗震设计的案例,在传统设计方法之外,研究了一种简便计算方法,即通过自由场位移修正值R快速准确地计算出土和结构之间的相对位移,并将该方法与传统方法进行了对比,发现计算结果较接近,为地下结构的抗震设计提供了参考。

地下结构抗震分析反应谱法与现有简化方法对比

对比地下结构抗震分析的反应谱法与规范建议的简化分析方法即反应位移法和反应加速度法的计算精度。在简介3种方法的基础上,以3个地铁车站二维横断面抗震分析为例,以动力时程分析结果为参考标准,比较3类抗震分析方法的计算精度。研究表明,反应谱法计算地下结构变形及内力的误差为0.1%~14%,反应加速度法的误差为0.2%~26%,反应位移法的误差为9%~44%,反应谱法的计算精度高于反应加速度法和反应位移法。

地下结构抗震课程教学实践与探索

《地下结构抗震》课程是城市地下空间工程专业一门重要的专业课,是理论与工程实践密切联系的一门课程,要求学生通过学习,能够掌握地下结构抗震研究发展现状及趋势、地下结构的典型震害机理、地震工程的基本知识、地下结构抗震的设计理论和方法。本文通过对比分析“地下结构”和“地面建筑结构”的异同以及本科生先修专业基础课方面的不足,提出针对《地下结构抗震》课程的讲授方法,从形象化展示地下结构与地面建筑结构的区别;教学重点和教学方法调整;培养学生解决实际工程能力;坚持教学与科研一体化,相互促进、协调发展等四个方面详细展开,旨在改革传统的教学方法,有效提高教学质量。

地下结构抗震课程思政元素融入的教学探索与实践

课程思政元素融入专业课程教学的探索和实践是落实习近平总书记关于教育重要论述的举措。针对土木专业“课程思政”教育目前的局限性,把握关键问题,以地下结构抗震课程为例,提出树立正确的专业教学目标及思政教学目标,积极丰富和拓展教学方法。根据地下结构抗震教学内容,深度挖掘与专业课程知识点相关联的思政元素,设定明确的目标导向。依托各个章节所提炼出的思政元素,设计对应的思政教学体系。从案例导入、案例分析、教学过程设计、教学效果评价4个维度出发,探索课程思政与专业课相结合的教学路径。通过案例密切联系现实中的思政要素,落实实践教学中的“课程思政”,将思政成绩纳入最终考核成绩,努力实现专业知识与思政内涵相互融合,实现立德树人的目标。

地下结构抗震分析中基床系数取值试验研究

在对地下结构进行抗震分析时,基床系数的准确性直接决定了反应位移法的计算精度.针对基床系数相关研究的不足,提出了一种拟静力试验法,自主研发了大型拟静力模型箱,围绕砂土场地开展了有无轴压两组试验;在此基础上,提出了基床系数沿深度修正法,并进行了算例验证.结果表明:水平基床系数随推覆水平的增大而减小,随土层深度的增大而增大;附加应力对基床系数取值存在较大影响;采用修正基床系数可显著提高反应位移法的计算精度,较规范中基床系数静力有限元法,地下结构弯矩误差最大可由16.7%降低至9.1%,顶底板相对位移的计算误差可由35.0%降低至18.8%,验证了该新型室内基床系数测试方法的可行性及基床系数沿深度修正法的合理性.

整体式反应位移法在地下结构抗震设计中的应用

整体式反应位移法是地下结构抗震设计的重要方法之一,具有理论成熟、操作简便、适用性广和计算精度高等优点,但已有文献中并未详细介绍整体式反应位移法的操作步序,这易对方法的正确使用带来问题。针对工程界经常反馈的几个问题,结合北京地铁16号线阜外大街站主体结构设计方案,提供了一个完整的整体式反应位移法抗震分析例题详解,同时分析了土体侧向边界至结构侧壁距离对计算结果的影响,结果表明,此距离不宜小于2倍的结构横断面长度。本研究诣在解决整体式反应位移法在工程实践中的具体使用问题,有助于避免由操作不当带来的计算误差,具有较强的工程参考价值。

浅析结构抗震与地下结构抗震

结构抗震和地下结构抗震是对一些地下设施和地下建筑结构的设计等方面融入综合性的设计考虑因素,保证结构的安全性和经济效益。确保地下结构拥有良好的抗震性。本文将对结构抗震和地下结构抗震进行简要讨论。

结构抗震与地下结构抗震探析

随着社会经济的不断发展,人们对建筑抗震性能的要求也越来越高。建筑,尤其是高层建筑,其整体结构设计的主要内容就是抗震设计。通常在设计地下建筑设施和建筑结构时,都需要考虑结构抗震、地下结构抗震以及综合性因素,以此确保地下结构具有优良的抗震性能。基于此,文章主要围绕抗震功能,分析结构抗震与地下结构抗震。

浦东国际机场T3航站区地下综合交通枢纽结构设计及关键问题研究

浦东国际机场四期T3航站区地下综合交通枢纽工程为濒海环境的超深超大地下工程,建筑面积约为64万m^(2)。多条地铁及捷运、排水渠、市政道路设施等穿越地下室,轨交、市政结构与航站楼地下建筑结构合建,结构复杂程度高。介绍了工程的主要结构特点、桩基础前期试验研究和选型设计、多种功能合建地下结构设计方法;阐述了超大型复建式地下结构抗震分析、地下综合枢纽结构抗震性能化设计、开敞式地下室对结构抗震设计影响、超长地下结构抗裂抗渗设计、地铁振动对结构舒适度的影响、地下通道合建转换结构抗爆分析等若干关键结构设计问题的研究和应对措施。

典型浅埋矩形框架地铁车站地下结构地震易损性分析

该文旨在研究典型浅埋矩形框架形式地铁车站结构的震后失效概率模型。以9座已建典型矩形框架地铁车站工程实例为研究对象,通过Abaqus/standard有限元软件平台建立了土-结构相互作用三维数值模型。基于地下结构Pushover分析获得的抗震性能曲线,定义了各个车站结构的层间位移角限值。采用IDA方法计算得到了地铁车站结构的概率地震需求模型,并绘制了不同地铁车站结构的地震易损性曲线。通过对比研究发现,地铁车站结构之间的震后失效概率相差巨大,场地平均剪切波速对地下结构地震易损性分析结果起主导作用,尤其是与结构等高分布土层的自由场响应结果,但地下框架结构本身的变形能力也是影响结构震后失效概率的重要因素之一。上述研究成果能够有效加强对现行浅埋地下框架结构抗震性能的认识,可为基于性能的浅埋地铁车站地下框架结构抗震设计提供科学参考。

强震区装配式和现浇地铁车站结构地震响应对比研究

以往的地下结构抗震研究大多是针对现浇结构开展的,而装配式结构由独立的预制构件拼装而成,从根本上区别于传统整体现浇结构,已有研究得到的认识对其适用性尚不明确,这极大地限制了装配式地下结构在强震区的推广与应用。该文以实际工程为背景,开展了全装配式和同型现浇车站结构的三维非线性有限元时程分析,对比了结构在八度区设防、罕遇和极罕遇地震下的变形、内力和损伤等响应。结果表明:装配式和现浇车站结构整体的地震变形差异不大,但柔性装配式车站结构榫槽节点可产生张开变形。设防和罕遇地震下,节点张开有利于结构减震,装配式车站结构的损伤小于现浇结构;而在极罕遇地震下,节点张开变大,榫槽、榫头和构件边缘的部分区域损伤集中,装配式和现浇结构地震响应产生了较大差异,但因应变幅值有限且损伤范围较小,此时全装配式与现浇车站结构整体的损伤程度基本相当。

建筑地下结构工程的抗震分析方法

文章阐述了建筑地下结构工程抗震分析方法的发展情况;分析了建筑地下结构工程地震反应的主要特点;列举了地下结构工程抗震分析方法,包括建筑地下结构工程地震原型观测分析法、建筑地下结构工程模拟实验分析法、地下结构工程理论分析法。

地下连续墙连接方式对地铁车站结构地震反应的影响研究

目前地铁车站设计中地连墙与车站主体结构之间常采用复合墙与叠合墙两种连接方式,本文基于有限元方法,针对不同连接方式导致结构地震反应差异的问题,采用ABAQUS建立了土-地下连续墙-地铁车站静动力耦合有限元分析模型,分析了地连墙与主体结构连接方式对地铁车站层间位移角、侧移位移反应、动态损伤演化规律等结构地震反应的影响。研究表明:叠合墙地铁车站相对复合墙车站地震损伤整体上显著降低,且具有更好的抗侧移刚度,两种连接方式改变结构的薄弱位置,但两种连接方式中板的中间跨两端都是薄弱位置,应给予足够的重视。

基于IDA方法地下结构易损性的地震动记录规模选取

旨在研究基于增量动力分析(IDA)方法的地下结构地震易损性分析中地震动记录集规模的选取。基于ABAQUS/Standard软件平台,建立地铁车站结构的土-结构相互作用分析的二维模型,选取了44条远程地震动加速度时程曲线为基准库,采用非线性时程动力分析方法,获取了结构在不同规模地震动记录样本作用下的动力响应。以层间位移角为结构损伤指标,PGA为地震动强度指标,绘制了IDA曲线簇并计算得到了不同工况的50%分位线。基于不同工况的结构震后失效概率与标准值的误差分析发现,地震动样本规模会显著影响地下结构基于IDA方法的地震易损性分析结果,随着评估性能水准等级的提升,地震动记录所带来的影响会越大。研究表明,基于IDA方法的地下结构地震易损性分析应不少于12条地震动记录,最佳输入地震动记录条数为28条。上述成果可为基于性能的地下结构抗震设计分析方法提供科学参考依据。

增量动力分析与云图法在地下结构地震易损性分析的应用

为了研究基于云图法与增量动力分析方法地下结构地震易损性对比分析,本文以两层双跨地铁车站结构为研究对象,基于ABAQUS/standard软件平台,建立了考虑土-结构相互作用的二维有限元模型。采用非线性时程动力分析方法,获取了结构在502条原始地震动记录(云图法)以及基于44条地震动调幅后(增量动力分析方法)作用下的动力响应。以层间位移角为结构损伤指标,PGA为地震动强度指标,分别建立了基于云图法与增量动力分析方法计算结果的地铁车站地下结构地震易损性曲线。结果表明:基于云图法与增量动力分析方法所评估的地下结构震后功能失效概率基本相等,最大差异仅为7.5%。与云图法相比,得益于调幅的优势,基于增量动力分析方法的地震易损性分析可以获取地下结构在任意地震动强度作用下的失效概率。上述成果可为基于性能的地下结构抗震设计分析方法提供科学参考依据。

二阶振型对场地地震变形及地下结构地震响应的影响

地下结构地震响应和抗震推覆性能分析中常取场地的一阶振型作为场地的地震变形模式,但事实上地震作用还可激发场地的高阶阵型效应,这对正确分析地下结构的地震响应和评价其抗震性能有一定的影响。基于开展的系列自由场和场地-隧道结构模型1-g振动台试验,分析了场地二阶振型效应对场地地震变形和隧道结构地震响应的影响。结果表明:二阶振型效应在场地地震变形模式中的参与程度约在20%以内,但可明显改变场地沿竖向的局部剪切变形分布模式,从而极大地影响相应区域内地下结构的地震响应,这应引起重视。

埋深对地下结构振动台模型试验结果的影响

振动台试验(单位重力加速度下)为开展地下结构抗震研究工作常用的试验方法,但已开展试验结果的差异较大,有时地下结构模型在极罕遇地震作用后仍然基本完好,这对获取期望的损伤破坏试验结果带来问题。产生这种现象的因素有很多,其中模型结构埋深即为关键影响参数之一。该文结合自由场大型振动台试验和整体式反应位移法分析埋深对地下结构振动台试验结果的影响,通过自由场振动台试验获取分析自由场土体在大型振动台试验中沿埋深方向的位移、剪应力、剪应变和加速度分布,并基于此,结合整体式反应位移法开展不同埋深模型结构的有限元数值模拟。结果表明:埋深不同本质上改变了模型结构所受土体变形、剪力和惯性力大小,但这些改变与结构埋深的相似比无直接关系,仅与土体本身特性和外荷载等信息有关。因此在开展试验设计时,应结合场地的地震响应来确定模型结构的埋深。在振动台试验中,土体的变形对模型结构的地震响应起决定性作用,此部分作用约占总响应的70%~80%,将结构埋置于场地最大相对变形区域可获取模型结构最不利的地震响应。

城市地下嵌岩型和摩擦型双层衬砌竖井结构竖向地震响应对比分析

城市地下竖井结构被广泛用于城市深层立体停车场、防洪排涝调蓄竖井和地下调蓄池等工程中,为阐明“嵌岩型”和“摩擦型”竖井底部固定边界条件和弹性边界条件对其竖向地震响应影响,本文以竖井结构为研究对象,将其初衬和二次衬砌简化为文克勒粘弹性地基上两根平行可竖向振动的杆,基于广义位移法基本思想,通过分布传递函数法推导了两种不同底部边界条件下竖井结构竖向地震响应解析解。通过开展有限元数值计算验证了本文解析解的准确性。最后基于解析解从地基弹簧刚度、二次衬砌刚度和竖井外径的角度开展参数分析,研究了竖井底部固定边界条件和弹性边界条件对竖井初衬及二次衬砌竖向地震响应影响规律。结果表明:固定边界条件下的竖井峰值位移小于弹性边界条件下的峰值位移;两种边界条件的初衬峰值位移均随着地基弹簧刚度的增大而增大,而弹性边界条件下二次衬砌峰值位移呈减小趋势;两种边界条件下二次衬砌峰值位移均会随着二次衬砌刚度的增大略微减小,初衬峰值位移无明显变化;两种边界条件下峰值位移均会随着竖井外径的增大而减小。

竖井结构初衬及二次衬砌水平地震响应解析解

基于弹性地基梁理论建立了考虑竖井初衬与二次衬砌相互作用的地震响应力学模型,将竖井初衬和二次衬砌简化为欧拉-伯努利梁,采用均布弹簧模拟竖井初衬与二次衬砌的法向相互作用,推导了水平地震作用下的竖井振动微分控制方程。通过分布传递函数法实现了竖井初衬和二次衬砌水平地震响应的快速求解,并通过与有限元模拟数值解进行对比,验证了本文解析解的正确性。应用该解析解表达式分别从地基刚度、二次衬砌刚度、竖井外径和初衬与二次衬砌之间连接层刚度的角度出发,对竖井顶部峰值地震响应开展参数化分析,结果发现二次衬砌顶部的峰值地震响应大于初衬顶部,随着地基刚度的增大,初衬与二次衬砌顶部峰值响应均减小;二次衬砌刚度增加会导致二次衬砌顶部峰值响应明显增大;随着竖井外径的增大,初衬和二次衬砌顶部峰值响应均会明显增大;当弹性连接层刚度增大时,初衬顶部峰值响应会略微增大,而二次衬砌顶部峰值响应会显著减小。

圆形隧洞对地下地震动的影响:SH波入射

地下结构对地震波的散射改变了场地的动力特性,无论是地上建筑还是地下结构的安全评价和抗震设计中,目前均没有很好的考虑由于地下结构的存在对原场地地震动尤其是地下地震动的影响。基于弹性波动理论,运用波函数展开法和镜像原理,分析了弹性半空间中圆形隧洞对柱面SH波的散射问题,得到了含圆形隧洞的弹性半空间位移解析解。通过数值算例分析了圆形隧洞对原场地地震动的影响,重点考察了隧洞埋深、隧洞半径和围岩衬砌模量比等参数的影响规律。结果表明,地下结构对沿线场地的动力特性有着显著的影响,对其自身以及沿线工程结构的抗震设计提供一定参考价值。