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。

场地均质性对浅埋地铁车站地下结构地震易损性的影响

场地条件是影响地下结构地震响应的关键因素之一,该文旨在研究场地均质性对于地铁车站地下结构地震易损性的影响。以两层两跨地铁车站为研究对象,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分析模型。模型考虑了循环动力荷载作用下土体的非线性与钢筋混凝土的弹塑性力学行为。采用增量动力分析方法分别计算了结构在层层场地条件下与均质场地条件下结构的地震响应,并以层间位移角为损伤指标与地面峰值加速度为地震动强度指标绘制了地铁车站结构的地震易损性曲线。结果表明,层层场地条件下结构的响应均值要显著高于均质场地,但两者标准差一致。在地震动作用下,结构处于层层场地下的破坏概率要明显高于均质场地,这主要归因于层层场地中毗邻结构的土体产生了较大的剪切变形。上述结论可为地下结构基于性能的抗震设计提供科学参考。

基于BP神经网络的原状土阻尼比智能预测法

为探究原状土阻尼比D随剪应变γ和土层深度H(上覆压力σ′_(m))的双向维度特征,本文对同一钻孔自地表至基岩深度范围内原状粉质黏土与粉土开展系列共振柱试验。利用BP神经网络技术深度挖掘、识别、学习原状土D的双向维度耦合规律,建立了D智能预测法。通过预测结果与试验数据的比较,得出基于BP神经网络的智能预测法可较好地适用于原状土D的双向维度特征预测。试验表明:原状土D与γ和H(σ′_(m))2个维度存在耦合相关。同一H(σ′_(m))维度时,D随γ增加呈现非线性上升规律;同一γ维度时,D随H(σ′_(m))增加呈现相反的降低规律;随着H(σ′_(m))维度的增加,D~γ整体非线性关系逐渐下倾伴随着增长速率逐级变缓。本文方法实现了原状土D在H(σ′_(m))和γ双向维度下的智能预测。

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。

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。

多地震动作用下地下结构Pushover分析法研究

求解多地震动作用下结构响应均值与标准差是地震易损性分析的基础工作。在地下结构Pushover分析法的基础上,提出间接计算结构在多地震动作用下均值响应的求解方法,即间接求解法(Indirectly Solution Average,ISA)。该方法以多地震动作用下自由场响应均值为目标位移,采用倒三角荷载分布模式,经1次Pushover分析得到结构响应均值。采用ISA计算得到不同地震动强度(调幅12个强度等级)下地铁车站结构层间位移响应均值与标准差。将ISA计算结果与先进行地下结构Pushover分析,然后求取响应均值与标准差的直接求解法计算结果进行比较,可知2种方法得到的结构层间位移响应均值误差<2%,标准差误差基本<10%,验证了ISA计算精度,可为地下结构基于性能的抗震设计概率地震需求模型计算提供快速分析方法。

基于Pushover方法的漫滩软土区地铁车站抗震分析

为研究地下结构Pushover分析方法在不同条件下的适用性,基于有限元软件平台,建立长江漫滩区地铁车站土-结构二维有限元分析模型,分别采用非线性动力时程分析方法与地下结构Pushover分析方法对5种不同土体刚度模型进行抗震分析。峰值层间位移角与峰值内力的分析结果表明,当土体刚度与结构刚度一致时,地下结构Pushover分析方法计算结果与非线性动力时程分析方法计算结果相近,而当土体刚度小于结构刚度或土体刚度大于结构刚度时,Pushover分析方法计算精度下降。

基于等效线性化的土–地下结构整体动力时程分析方法研究

地下结构抗震设计简化分析方法离不开场地地震反应分析,而频域内的等效线性化方法是一维土层地震反应分析的主流方法。在一维土层地震反应分析的等效线性化方法的基础上,提出了一种地下结构抗震设计的等效线性化分析方法,并给出场地材料参数的确定方法。将该方法应用于地铁车站的横断面抗震分析中,并与土体直接采用非线性的Davidenkov模型进行的动力时程分析方法对比,两者计算误差满足工程需要的精度要求。此方法兼具场地等效线性化方法和地下结构动力时程分析方法的双重优势,可以作为一种动力时程分析方法运用于地铁车站等地下结构的抗震设计中。

摩擦摆支座在地下地铁车站结构中的减震效果研究

基于阪神地震中大开地铁车站的破坏模式与成灾机理,借鉴地面建筑结构的减隔震设计理念,提出在地铁车站中柱顶部设置摩擦摆支座形成新型减震结构体系。通过建立土-地下结构整体二维数值分析模型,运用整体动力时程分析方法对比研究了摩擦摆支座不同滑道半径和不同摩擦系数工况下减震结构与原型结构在结构变形和截面内力等动力响应的差异。结果表明:柱端设置摩擦摆支座使得结构整体抗侧刚度减小,结构的水平变形呈现小幅增大趋势。当摩擦摆支座的滑道半径越大、摩擦系数越小时,中柱变形、剪力和弯矩值较原型结构均有大幅的减小。

几种信号去噪方法在爆破振动信号中的应用分析

介绍了小波阈值法、EMD以及EEMD的信号去噪原理,并采用3种方法分别对露天爆破开采下所获得的爆破地震波信号进行去噪处理.对比分析去噪后波形图、信噪比以及均方根误差,发现小波阈值去噪法对于不同信号源去噪时效果各不相同,其信噪比与均方根误差值波动幅度大,说明小波阈值法在爆破振动信号去噪中具有不稳定性.与小波阈值法相比,EMD与EEMD对信号去噪效果稳定,体现了它们在信号分析中的自适应性.与EMD去噪法相比,EEMD能消除EMD分解信号时所产生的模态混叠现象;EEMD去噪法能够获得更高的信噪比以及更小的均方根误差值,去噪效果要明显好于EMD法,缺点在于计算时间太长.

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。

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。

瞬态电磁耦合法检测与识别硐室爆破盲炮的可行性探讨

为探明硐室爆破中的盲炮,在瞬变电磁法的基础上进行改进形成瞬态电磁耦合法,进行盲炮检测与识别的可行性理论分析与实验论证。在硐室内预置电磁灵敏感应器,在地表布置瞬态电磁耦合检测系统,检测炸药爆炸前后电磁场异常状况来实现硐室爆破盲炮检测与识别。结果表明,电磁灵敏感应器在感应耦合的作用下产生规则化涡流,在复杂的地形地质条件下,可以检测与识别出埋深不超过55m的单个盲炮;药室内的电雷管可能产生的感应电流远小于安全电流,可确保检测过程中电雷管的安全;但对于存在多个盲炮瞬态电磁耦合法难以精确的检测与识别。

频分多址法用于硐室盲炮检测与识别的试验

为探明硐室爆破中的盲炮,在高精度磁法、瞬变电磁法和瞬态电磁耦合法的研究基础上研究开发了频分多址法。该法是利用电磁波在大地中的传播规律,在不同装药硐室中预置发射不同频率的电磁信号发生器,在地面安装无线检测接收系统,通过接收到的不同频率信号来实现硐室盲炮检测与识别。试验结果表明,电场信号信噪比低、反应微弱,磁场信号的信噪比高,采用频率在1000Hz左右的磁场信号作为检测的信号源的实用性更好;频分多址法可以检测与识别出地下225m的盲炮,能满足地下硐室盲炮检测的距离要求;检测精度可达到2Hz,能同时有效地检测与识别地下单个及多个盲炮的存在。

拱形与矩形断面地铁车站结构地震反应比较研究

采用动力时程法开展了拱形与矩形断面地铁车站结构地震反应的研究,分析了拱形断面和矩形断面地铁车站结构的关键截面在地震作用下的内力及变形的差异。结果表明:相比于矩形断面车站结构,拱形断面车站结构顶板边缘处和侧墙顶端的弯矩明显减小,车站侧墙顶端和顶板边缘处因承受弯矩过大而发生破坏的可能降低;内柱截面的轴压比明显减小,且与侧墙的轴压比差异显著减小,受力分配更为合理;拱形车站结构顶、底板的相对位移、内柱和侧墙的位移角相对较小。在已模拟的工况下拱形车站内力分布形式更为合理,水平变形相对较小,更有利于抗震。

地下结构地震反应分析中场地瑞利阻尼构建方法比较研究

动力时程分析中,结构地震反应的计算精度很大程度上取决于瑞利阻尼系数的确定。通过对某一成层场地在不同地震动作用下的动力反应分析,比较了目前工程上常用瑞利阻尼构建方法的时域计算结果和频域等效线性化计算结果,探讨了由频域分析中的滞回阻尼比构建时域分析中瑞利阻尼系数的新方法。在此基础上,对比研究了不同瑞利阻尼构造方法对某单层双跨地下车站结构地震反应的影响。结果表明:对于场地地震反应而言,提出的瑞利阻尼系数的时域计算结果与频域解的平均误差最小;对于地下结构地震反应而言,改进完整形式瑞利阻尼系数的时域计算结果与该方法计算结果基本一致。提出的瑞利阻尼系数计算方法精度较高,操作简单,可在场地和地下结构地震反应分析中推广使用。

对称地下结构抗震分析的边界强制反应位移法

基于土-地下结构体系拟静力推覆试验的需求,该文探讨一种模型侧边界强制施加水平位移的对称地下结构地震反应简化分析方法,即边界强制反应位移法。该文详细介绍了这一边界强制反应位移法的实施步骤及基本特点,并以1995年日本阪神地震中破坏的Daikai车站为算例,将该文方法、传统的强制反应位移法及动力时程方法计算结果进行了对比分析,结果表明:当模型宽度取值合理时,该文方法计算精度远高于传统的强制反应位移法,结构内力和层间位移误差在15%以内,是一种有效的对称地下结构抗震简化分析方法。同时,该文分析了拟静力模型中侧边界强制位移传递的衰减规律,可为土-地下结构体系拟静力推覆试验提供一定的参考。

基于云图法地下结构易损性分析的地震动记录规模选取

为了研究基于云图法的地下结构地震易损性分析中地震动记录集容量的选取,以浅埋两层双跨地铁车站结构为研究对象,采用非线性时程动力分析方法,获取了结构在不同天然地震动记录样本容量作用下的动力响应。以层间位移角为结构损伤指标,地面峰值加速度为地震动强度指标,基于对数线性回归模型建立了不同工况输入下结构的概率地震需求模型,并在此基础上建立了相应工况的结构地震易损性曲线。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,地震动样本容量会显著影响地下结构基于云图法的地震易损性分析结果;相比于评估结构的高等级性能水准,地震动样本容量对评估结构低等级性能水准的影响更小;地下结构的失效概率评估结果会随着地震动样本容量的增加而逐渐接近标准值,其最佳地震动样本容量为300条。

港珠澳大桥海底沉管隧道弹塑性地震响应分析

为研究海底沉管隧道在横向地震作用下的动力响应特征,以港珠澳大桥沉管隧道为研究背景,基于ABAQUS软件平台建立了海水-海床-管片相互作用的三维有限元模型,考虑了海床土体非线性动力特性和隧道混凝土塑性损伤。采用动力时程分析方法研究隧道在不同地震峰值加速度激励下的地震响应特征。结果表明:沉管隧道最先出现损伤的区域为中墙与顶板连接处,但折拱段的震后损伤最为严重,是沉管隧道的最薄弱部位;在输入地震峰值加速度大于0.4g的情况下,隧道管片折拱段与侧墙等区域会面临震后渗水的次生灾害风险。研究成果可为水下沉管隧道的抗震性能设计提供参考。

基于IDA方法的矩形装配式地铁车站结构地震易损性评价

为了评估装配式地下结构的抗震性能,加快其在地下工程中的推广应用,提出了装配式地铁车站结构抗震性能指标限值的标定方法,基于动力增量分析方法建立了不同类别场地内两层三跨装配式地铁车站结构的地震易损性曲线,并对其不同性能状态的损伤概率进行了评估。分析结果表明:地震动特性和场地类别对装配式地铁车站结构的动力响应有显著影响,场地等效剪切波速越低,地震动特性对结构的影响越显著且结构越容易遭受地震破坏;9度抗震设防地面峰值加速度为0.4g时,该结构埋置于Ⅰ类场地时仅有6.7%的概率出现破坏且为轻微破坏;于Ⅱ类场地发生轻微破坏的概率为26.3%,超越轻微破坏的概率为3.8%;Ⅲ类场地中结构以轻微破坏和中等破坏为主,概率分别为42.1%、20.5%,超越中等破坏的概率为10.8%。同时,给出了两层三跨装配式地下结构的地震易损性曲线和地震损伤概率表,可以快速评价该类型地下结构抗震性能。