基于地下结构整体损伤表征的复合地震动参数构造及其性能验证

在地下结构抗震设计中,不同的输入地震动引起的地下结构响应有显著差异,因此,合理通过地震动参数选择输入地震动是正确开展地下结构抗震设计的重要前提。针对单一地震动参数难以表征地下结构地震动潜在破坏势问题,文章构造了能更好表征地下结构损伤破坏的复合地震动参数。具体开展了以下工作:提出基于变形与滞回耗能的地下结构整体损伤指标作为结构需求参数,以定量化评估地下结构的整体破坏状态。选取64条真实地震动记录作为输入地震动,开展四层三跨地铁车站地震弹塑性动力时程分析。基于分析结果提供的数据样本,采用偏最小二乘法从统计角度构造复合地震动参数。最后,选用100条真实地震动记录开展两层三跨地铁车站弹塑性动力时程分析,对文章所构造的复合地震动参数进行验证。对比分析复合地震动参数、12个常用地震动参数与地下结构整体损伤指数的回归统计特征。结果表明:复合地震动参数与结构需求数之间具有更好拟合优度值,其Pearson相关性、有效性也优于单一地震动参数。

剪切板阻尼器的滞回性能参数研究

对具有等间距加劲肋的剪切板阻尼器进行参数分析,考察包括腹板柔细比参数Rw、翼缘对腹板的板厚比tf/tw、加劲肋刚度比γs/γs*和形状系数α等力学性能参数对剪切板阻尼器滞回性能和延性的影响,并提出合理的参数取值范围。为了更真实地反映剪切板的非线性大变形行为,以通用有限元程序ABAQUS为模拟平台,考虑初始变形和残余应力两种初始缺陷,采用修正双屈服面模型描述反复荷载下的材料本构关系。静力反复加载的数值试验结果表明,在所建议的参数取值范围内,这类剪切板阻尼器具有良好的滞回性能和稳定的耗能特性,可作为有效的消能减震装置用于建筑和桥梁等工程结构中。

湿混凝土浇筑过程中方钢管混凝土柱侧壁压力的试验研究

介绍了 3根方钢管混凝土柱在混凝土浇筑过程中的钢管侧壁压力和钢管环向应变的试验结果。讨论了不同坍落度、有或无振捣对钢管侧壁压力和环向应变的影响 。

地下结构抗震设计方法整体强制反应位移法

基于地震作用下地下结构主要受周围土层变形控制这一基本思想,在地下结构抗震设计方法强制反应位移法的基础上,探讨了一种新的抗震设计方法——整体强制反应位移法.新方法将土层变形施加到计算模型的整个土层有限元上以模拟地震作用,避免了原方法所施加土层变形传递到远离模型边界位置会发生衰减的现象.结合上海市某地铁车站的计算实例,详细介绍了该方法的具体实施步骤、基本特点.同时以动力时程法为基准,分析了该方法在不同地震动强度下的计算效果.研究表明,整体强制反应位移法的计算结果与动力时程法符合较好,设计理念体现了地下结构的震害机制,是一种方便有效的抗震设计方法.

整体强制反应位移法适用性分析及修正

现已提出了一种以土层变形为等效地震荷载形式的地下结构简化抗震计算方法——整体强制反应位移法,介绍了该方法的基本思想与具体实施步骤。土层变形作为等效地震荷载,是影响整体强制反应位移法的计算精度的关键,其准确性和适用性受到土层条件及结构本身等多方面因素的影响。通过改变地铁车站结构型式、地下结构在土层中的埋深与地基土体刚度对整体强制反应位移法进行了适用性分析,将应用该方法在不同情况下的计算结果与动力时程法进行了对比。结果表明整体强制反应位移法在软土地下结构抗震计算与分析中具有良好的适应性与计算精度。为进一步考虑地下结构抗震计算时的土层-结构相对刚度问题提出采用结构剪切变形修正系数R对方法进行修正,验算表明修正后的整体强制反应位移法计算误差更小,适用性更广。

反复荷载作用下剪切板阻尼器的抗剪极限强度

为了使剪切板阻尼器具有稳定的滞回耗能特性,避免其腹板发生局部屈曲,提出了一种考虑翼缘抗弯承载力贡献的剪切板阻尼器抗剪极限强度计算公式,为剪切板阻尼器的设计与应用提供了参考.剪切板阻尼器作为消能减震装置应用于建筑和桥梁等工程结构,可有效减轻地震破坏作用.基于通用有限元程序ABAQUS,对反复荷载作用下单侧布置1、2或3对双向加劲肋的剪切板阻尼器进行了一系列的精细化有限元计算与分析.计算模型考虑了初始变形和残余应力两种初始缺陷,采用修正双屈服面模型描述反复荷载下的钢材料本构关系.研究结果表明,翼缘所承担的剪力约占总抗剪承载力的13%28%,设计时不能忽略.

城市地下空间利用与可持续发展

本文从城市开发不足谈起 ,论述了地下空间开发的重要性与必要性 ,着重以上海为范例 ,分析了地下轨道交通对城市的交通压力缓解 ,对城市拓展的影响与诱导以及地下轨道出入口与城市绿地的关系。指明了合理开发。

软土地下工程抗震数值模拟的若干关键问题

针对我国地下工程建设项目抗震安全性能设计和评估的需求,并基于目前缺少完善的地下结构抗震分析方法和专门的地下结构抗震设计规范的现状,重点阐述了采用有限元方法进行地下工程数值模拟和分析时需要特别关注的三方面问题:计算范围、土-结构动力相互作用和边界条件。着重分析了有限元网格的划分、土-结非线性接触问题和不同边界条件的适用性,以及这些建模条件对计算结果可靠性的影响。对基于数值手段开展地下工程抗震安全性能的计算、分析和评价,制定地下结构抗震设计规范或规程,可提供有益参考。

多层地铁车站结构性能试验研究

为掌握地震作用下多层地铁车站结构从材料、局部构件到整体结构的非线性破坏状态,以上海市某多层地铁车站工程为背景,开展了1:10大型静力推覆(Pushover)试验。结合地下结构地震响应特征,采用倒三角分布的侧向位移推覆加载模式,并由多个作动器实现多点协调加载。分析研究了多层地铁车站结构的裂缝开展过程、结构及构件破坏形态、塑性铰开展顺序、Pushover曲线,并总结了结构整体和中柱的破坏模式,给出车站结构重要性能点数值,综合评价了多层地铁车站结构的抗震性能及特点,可为基于性能的抗震设计提供依据。

中日地下建筑专业课群组建设的比较研究

文章比较分析了中国和日本高校地下建筑专业课程体系,包括总体课程设置情况以及通识类课程、自然科学与工程基础课程、专业基础课与专业课等地下建筑专业的四大类课程设置情况。分析了中国与日本高校在总学分和四类课程中所占比重的差异,在此基础上指出了中国高校地下建筑专业课群组设置的不足并提出了相应改进建议。

模型箱设计中的边界变形研究

模型试验作为在试验室中研究结构地震反应和破坏机理的最直接方法,其中一个重要方面是模型箱形式的选择及制作。理想的模型箱要求减少模型箱的边界效应,使模型土在模型箱中能再现自由场的地震反应。本文简单介绍了模型箱的分类及应用现状,着重讨论了模型箱的边界要求及自由场土体地震作用下的剪切变形特征,并对不同形式模型箱的边界变形进行了比较,希望可以给模型试验中模型箱的选型及设计提供参考。

随机地震作用下隧道结构抗震可靠度研究

地震引起的地面运动是非常复杂的随机过程,具有时间和频率非平稳的特性。用确定性方法对隧道结构抗震性能的评价未能考虑地震动的随机性。本文提出采用概率密度演化法计算隧道结构在随机地震作用下变形响应的概率分布,并引入变形指标计算其在随机地震作用下的可靠度以评估抗震性能。首先根据概率守恒原理的随机事件描述建立概率密度演化方程;其次,根据相应的初始条件与边界条件,采用总变差不增(TVD)格式的有限差分方法求解方程;最后求和得到隧道结构变形指标的概率分布并依据指标限值给出可靠度。结果表明,在随机地震作用下,隧道结构变形响应的概率分布与地震动强度随时间变化规律一致。采用不同变形指标计算得到的可靠度存在差异,直径变形率对应的结构可靠度为0.752 1,隧道倾斜角对应的结构可靠度为0.875 0。

断层错动和地震动共同作用下跨断层隧道的损伤分析

大量的历史实例表明,跨断层隧道在地震中会受到严重的破坏。因此,跨断层隧道在断层错动作用下的破坏机理被广泛研究。然而,对在地震现象中占比最高的构造地震而言,断层错动和地震动是形影相随的,将两者分开考虑存在局限性。文章采用三维有限元模型模拟并量化了断层错动单独作用、地震动单独作用和断层错动-地震动共同作用三种加载方式下隧道结构的损伤情况,结合耗散能指标对断层错动和地震动共同作用对跨断层隧道的影响展开了分析。结果表明,在发生断层错动时,地震动对隧道的影响是不可忽略的,在分析中考虑地震动是必要的;断层错动和地震动共同作用时,由于累积损伤,地震动造成的破坏比地震动单独作用时明显加剧。

基于概率神经网络的地铁车站易损性分析

基于深度学习方法提出了一种地震响应概率模型,并基于此模型推导了地铁车站结构极限状态超越概率的计算公式,以评价结构的地震易损性。首先采用主成分分析对地震强度指标进行正交化和降维;为了克服传统地震响应概率模型中地震动强度指标与结构地震响应指标服从对数空间线性分布假设的局限性,基于BP神经网络建立趋势模型以预测结构的地震响应;基于概率神经网络建立误差模型以描述基于统计的趋势模型与基于物理机制的数值模型之间的误差,以拓展残差的齐次方差正态分布假设的严格限制。最后,以上海典型2层三跨地铁车站为算例,计算得到其易损性曲线。结果表明,基于深度学习建立的趋势模型较好地模拟了地铁车站结构地震响应随地震强度指标第一主成分的非线性变化特征;建立的误差模型准确地描述了趋势模型预测值的残差随地震强度指标第一主成分的方差非齐次特征。

基于pushover法的地铁车站柱墙剪力比研究

层间位移角作为一项重要的抗震性能指标,往往用于评估地上或地下结构在正常使用条件下的水平位移,从而确保结构应具备的刚度。然而,由于地下地铁车站结构埋置于土体之中,受到周围土层的约束,其在地震作用下的层间位移角量值小、不易控制与监测。鉴于此,文章以典型两层三跨地铁车站为研究对象,基于大型有限元程序ABAQUS建立了土-车站结构非线性相互作用分析模型,开展了pushover弹塑性推覆分析,得到了车站结构各构件的剪力—层间位移角全过程曲线,并在此基础上确定了构件的关键性能点及其阈值,研究了地铁车站结构不同性能状态下中柱和侧墙剪力分配规律。分析结果表明,地铁车站下层中柱首先进入破坏状态;下层中柱剪力先增加后减小,但相较于车站侧墙,中柱分配到的剪力比例一直下降。在此基础上,进一步提出了归一化的柱墙剪力比作为评价地铁车站抗震性能的力学指标,可有效弥补单一位移指标的不足。

基于摩擦摆支座的地铁车站减震控制参数敏感性分析

为研究摩擦摆支座参数对地铁车站结构地震响应的影响,以大开车站为研究对象,建立了三维精细化摩擦摆支座模型,开展了设置摩擦摆支座地铁车站结构的非线性动力时程分析。基于数值模拟结果,研究了摩擦摆支座滑面摩擦系数与滑面等效半径的不同组合对地铁车站结构地震响应的影响。研究发现,滑面摩擦系数与滑面等效半径的改变会明显改变地铁车站结构的地震响应,相比于滑面等效半径,滑面摩擦系数的改变对车站地震响应的影响更大。摩擦系数越小,车站中柱的地震响应越小。车站中柱的弯矩与变形随着摩擦摆支座等效半径的减小而增大,中柱剪力随等效半径的增大呈现出先减小后增大的趋势。

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。

远近场地震动反应谱峰值参数比较及其对多层地铁车站的影响

为研究远场地震动及不同类型近场地震动的反应谱峰值参数比较及其对多层地铁车站结构的影响,挑选远场地震动与三种类型的近场地震动(前方向性、滑冲型、非脉冲)记录共20条。以加速度峰值作为输入地震动的归一化指标。选择基于地震动反应谱计算得到的有效峰值加速度(EPA)、有效峰值速度(EPV)、改进有效峰值加速度(IEPV)、改进有效峰值速度(IEPV)作为指标进行比较。采用有限元方法,对弹塑性四层地铁车站的地震响应进行动力时程计算。结果表明,前方向性与滑冲效应型地震动的EPV及IEPV值较高;具有滑冲效应地震动作用下结构变形更为严重,底层中柱弯矩更大;远场地震动作用下结构响应较小;近场非脉冲地震动作用下结构动力响应明显降低;结构响应随输入地震动的EPV及IEPV值的增大而加剧。

土木工程专业学生心理预期调查研究

文章以问卷调查方式,在土木工程专业学生中随机抽样,对学生心理预期的土木工程专业培养目标、课程设置以及实践教学方式等进行了统计分析。为构建高校教学改革的课程群建设提供参考,同时也为优化高校培养目标提供依据。

基于能量的典型地铁车站抗震性能评估指标研究

对地铁车站抗震性能进行评估需要合理、准确的评估指标。目前国内外研究主要使用的变形与强度指标是从首次超越破坏的角度来评价结构的抗震性能,没有考虑由于累积损伤引起的结构破坏,因此从结构整体层次提出从累积损伤破坏考虑的能量指标R_E。文章以上海典型的两层三跨地铁车站为研究对象,考虑地震动的随机性,应用R_E从统计的角度评价其抗震性能。在模拟7度罕遇地震动随机过程的概率模型中生成了254条非平稳地震动代表性时程,对地铁车站进行动力有限元分析。利用概率密度演化方法得到地震响应概率信息,并以R_E评价地铁车站抗震可靠度。结果表明,R_E能反映由于地震动持时导致的累积损伤破坏程度,且R_E的增长速度与地震动强度变化趋势相同;计算得到地铁车站的可靠度为0. 977 1。