沿海氯盐环境下地铁车站结构地震响应规律

地铁车站结构抗震分析中,通常只对完好结构进行地震响应规律分析,然而,沿海城市地铁车站结构埋置于地下,易遭受氯离子侵蚀,导致材料性能退化。为此,针对沿海氯盐环境下不同锈蚀程度的地铁车站结构,建立相应的非线性土-结构相互作用有限元模型。采用整体式静力推覆分析,研究氯离子侵蚀对土-结构柔度比的影响,并基于非线性时程分析,研究氯离子侵蚀下地铁车站结构的地震响应规律。数值模拟结果表明:相对完好状态,10%和20%锈蚀率的车站结构土-结构柔度比分别下降6%和18%,然而,由于地下结构受到周围土体的约束,在相同地震作用下,底层中柱的最大层间位移角没有显著变化;底层中柱作为抗震薄弱环节,钢筋锈蚀造成中柱变形能力及承载能力的下降,导致地铁车站结构的安全系数下降10%和20%左右;锈蚀后结构中柱最大层间位移角增幅与场地响应有关,低频成分丰富的地震作用下,土体将产生大的剪切变形,使得中柱纤维截面中钢筋承担更多的剪力,此时钢筋锈蚀将对中柱层间位移角产生较大影响。

竖向地震动对地铁车站共构结构体系地震响应的影响研究

[目的]地铁车站共构结构体系(以下简称“共构结构体系”)通过厚板实现箱形结构与箱形框架结构的连接转换。因共构结构体系的结构形式独特,其地震响应规律目前尚不明确,需进一步研究其地震响应特征。[方法]以某综合管廊与地铁车站共构结构体系为例,建立了土-共构结构体系相互作用的有限元仿真模型。考虑单向地震波和双向地震波(含水平向、竖向)作为输入,选取了3种工况,分析了共构结构体系在地震作用下的加速度响应特征、位移响应特征、受压受拉损伤情况及演变过程,并以共构结构体系左侧柱端为例,讨论了部分结构部位的内力响应特征。[结果及结论]双向耦合地震动对共构结构体系竖向加速度的影响较大,在侧墙与负一层底板连接处加速度的最大增幅达158%(与竖向地震动作用相比)。竖向地震动会加大共构结构体系顶底板的相对水平位移和相对竖向位移,加大柱子的内力响应。柱端、侧墙下部、底板两端、构件连接处、腋角等位置为共构结构体系地震损伤薄弱部位,应对这些部位进行加强处理。

不同场地条件下地连墙对地铁车站结构地震动力响应的影响

地铁车站多采用基于地下连续墙(简称:地连墙)的明挖施工方法,施工后地连墙作为永久结构与车站共同受力。在车站结构抗震分析中,考虑到地连墙可能对结构抗震的有利作用,出于安全储备考虑通常忽略地连墙的存在,但地连墙对车站结构地震响应的影响规律和机理仍有待深入研究。以某典型两层三跨地铁车站结构为对象,基于近场波动有限元方法并结合黏弹性人工边界条件,开展有无地连墙情况车站结构地震响应特性对比研究,揭示不同场地条件下地连墙对车站结构地震响应的影响规律,阐明地连墙的影响机理。研究结果表明:地连墙具有减小车站结构总体层间位移效应,有利于侧墙和底层中柱抗震,但同时放大了顶底板与侧墙连接处的弯矩和正应力;地连墙对结构顶层中柱端部及中跨中板板端的内力和正应力的影响与场地条件相关,坚硬和中硬场地条件下具有减小效应,软弱场地下略有增大作用。上述结构响应规律的原因可归结为地连墙增加了结构侧墙刚度,降低了结构整体侧向变形,但限制了侧墙的弯曲变形,导致结构顶底板与侧墙交接处的弯曲变形和内力增大。

钢管混凝土中柱地铁车站结构地震响应规律

为提高和改善地下结构抗震性能,现有地铁车站结构通常采用钢管混凝土中柱,主要考虑混凝土中柱类型对地铁车站结构的地震响应影响,以两层三跨地铁车站作为研究对象,采用OpenSees有限元软件建立土-地铁车站结构二维整体有限元模型,并基于合成人工地震动输入土-地铁车站结构整体有限元模型,对模型进行非线性时程分析,研究钢管混凝土中柱地铁车站地震响应规律。结果表明:多遇地震动和设防地震动作用下,钢管混凝土地铁车站顶层中柱最大层间位移角相较于钢筋混凝土地铁车站分别降低了5%和1%,底层中柱最大层间位移角下降幅度仅为24%和8%;罕遇地震动作用下,钢管混凝土中柱使地铁车站顶层和底层最大层间位移角分别降低了9%和7%,钢管混凝土中柱底部在最大变形时刻承受的剪力增加了7%;极端地震作用下,地铁车站结构产生较大变形,钢筋混凝土中柱出现破坏时刻钢管混凝土中柱并未破坏,钢管混凝土中柱对地铁车站结构抗震性能提升作用显著。

公轨共建高架车站车桥耦合振动分析

公轨共建结构体系是一种复合型交通模式,有利于节约城市的土地和构建合理的城市空间资源。公轨共建高架车站作为典型的交通建筑,同时承受汽车和列车的振动荷载。以温州市域铁路S2线的人民路站为例,研究车辆-车站结构系统的耦合振动分析。先假定汽车荷载为连续的移动荷载,忽略轨道不平顺的因素,研究汽车荷载对列车运行的影响;然后考虑轨道不平顺因素,单列车及双列车越行通过车站,忽略上部汽车荷载的影响,研究列车-车站结构系统的振动响应;最后对汽车-列车-车站结构的整体系统进行耦合振动分析,研究汽车及列车分别以不同的速度通过车站时系统的响应,依据规范采用平稳性指标评价乘客对列车运行平稳性的感知程度。研究结果表明,各工况下列车运行的平稳性指标均小于规范规定限值,总体评价为优秀。

双向地震动作用下单拱大跨地铁车站结构地震响应分析

地铁车站结构作为现代城市交通工程的重要组成部分,其抗震问题已成为城市工程抗震和防灾减灾研究的重点与难点。以深圳地铁3号线四期低碳城单拱大跨车站为研究对象,采用近场波动有限元方法,建立三维土-结构相互作用整体有限元分析模型。选取3条人工波和3条天然波作为输入地震动,分析水平单向地震动、水平与竖向双向地震动作用下单拱大跨地铁车站结构三维地震响应规律。研究结果表明,双向地震动作用下单拱大跨无柱结构及矩形框架有柱结构的水平位移及层间位移均略小于单向地震动作用下,但矩形框架有柱结构在竖向地震动作用下的中柱轴压比明显增加,说明单拱大跨车站结构可有效降低双向地震动作用下中柱轴压比变大的风险;双向地震动作用下的结构峰值弯矩大于单向地震动作用下,说明进行结构设计时应适当考虑竖向地震动作用的影响;单拱大跨无柱结构拱顶弯矩明显小于矩形框架有柱结构顶板跨中弯矩,改善了常规矩形框架结构顶板受力性能,但由于单拱大跨无柱结构缺少中柱竖向支撑作用,其底板及侧墙底部弯矩明显大于矩形框架有柱结构,尤其在双向地震动作用下更明显,因此单拱大跨无柱结构需加强底板及侧墙的厚度与配筋,以抵抗较大的弯矩响应。

地铁车站结构大型振动台试验与数值模拟的比较研究

根据可液化土层上土-地铁车站结构动力相互作用大型振动台模型试验结果,以软件ABAQUS为平台,将地基土-地铁车站结构体系视为平面应变问题,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型模拟土体的动力特性,采用混凝土动塑性损伤模型模拟车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用的有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比,结果表明:数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,体现出了相似的规律性,相互印证了计算分析的力学建模和振动台试验结果的正确性。

金口垃圾填埋场内大型建筑物地基基础及安全性研究

金口垃圾填埋场内拟建一大型垃圾中转站,该垃圾填埋场还没有达到稳定性化,必然对建筑物地基基础结构及安全性有很大影响。通过垃圾土的室内土工试验、现场平板载荷试验以及边坡反分析,对垃圾土的压缩特性、承载特性以及抗剪强度进行了研究,得出了场内垃圾土是一种含有可降解有机质和大量纤维成分的疏松的无粘性的特殊软土,具有高压缩性、不均匀沉降特性、抗剪强度较高和承载能力较高等工程力学特性。对建筑物的基础进行选型分析,提出主体工程宜采用大直径钻孔灌注桩基础,配套工程宜采用能承受较大变形和不均匀沉降影响的筏板基础,而上部结构宜采用框架结构。根据经验公式,计算垃圾土的负摩阻力后,提出基桩设计时应考虑负摩阻力对基桩承载力的影响。通过化学测试及调研,得出垃圾土具有中腐蚀性,渗滤液具有强腐蚀性,提出桩基础必须采取三级防护措施。垃圾渗滤液中含有污染物质种类多且浓度高,分析了在基桩施工过程中渗滤液对地下水的污染途径,提出包括全护筒支护、膨润土泥浆护壁以及减少钻孔成孔至灌注混凝土的间隔时间等控制污染的主要措施,经理论计算分析,这些措施能有效降低渗滤液对地下水的污染程度。对填埋场气体进行分析,填埋场内已含有大量有害气体,且仍处于产气高峰期,提出施工前必须强行排气。

地震作用下大型地铁车站结构三维动力反应分析

引入三维等效黏弹性边界单元,阐述波动散射问题的自由波场输入方法,推广应用于三维水平成层半空间模型,采用集中有限元质量模型和有限差分的概念将地震动场转化为施加在人工边界节点上的等效荷载。基于某大型地铁车站,利用大型通用有限元ABAQUS软件建立考虑土–结构动力相互作用的三维有限元整体计算模型,通过局部人工边界的施加,实现了开放系统向封闭系统的转换,对土–地铁车站结构动力相互作用的整体三维模型进行模态分析,得到车站以及地基的振型特征。分析地铁车站结构在SV波及P波地震波作用下的反应,得到相应的内力分布规律和结构不利位置。从分析结果可以看出,地震波横向SV波输入时对车站结构最不利,结构刚度突变位置的构件内力也存在突变,而P波对结构的轴力影响较大。

考虑饱和土的地铁车站结构非线性地震反应研究

饱和土广泛存在于自然界之中,将土体视为固-液二相介质,基于biot饱和土介质动力方程的u-p形式研究了反映饱和土无约束域能量辐射效应影响的等效黏弹性人工边界单元,基于地震波转化为作用于人工边界节点上等效荷载的方法实现了波动输入。采用算例验证了等效人工单元的精度。建立饱和土-地铁车站非线性有限元整体模型,分析了考虑双相介质饱和土的波动传播,对比了饱和土及单相土在地震作用下地铁车站的地震反应,并与振动台试验结果进行了比较,研究表明:地震作用下采用考虑多孔介质的特性分析地基土与单相固体介质相比更加合理。通过对车站结构关键构件的加速度、位移和内力等进行分析,研究了饱和土-地下结构相互作用体系的地震反应。

考虑土-结构相互作用的西安钟楼地震反应分析

为探讨土-结构相互作用对西安钟楼地震反应的影响,建立了钟楼上部木结构-台基-地基三维有限元模型,基于粘-弹性人工边界条件,利用振型分解反应谱法进行了地震反应分析。结果表明,考虑相互作用木结构2层相对位移反应增大了2.12倍,台基相对于地面间的相对位移增大了44%。因此,在对钟楼结构进行地震反应分析时必须考虑土-结构相互作用。

基于土—结构相互作用的地铁车站抗震研究

以土—结构动力相互作用理论为基础,对于不考虑核爆炸荷载作用下地铁车站的抗震问题进行了探讨,提出了抗震设计建议。

不同类别场地上地铁高架车站结构抗震性能的研究

针对城市轨道交通常用的桥建合一高架车站结构形式的特殊性,基于Abaqus有限元软件平台,建立了土-桩-高架车站结构非线性动力相互作用的整体有限元分析模型,考虑输入地震动的频谱特性和场地类别,系统分析了场地类别和输入地震动特性对某地铁桥建合一高架车站结构横向地震反应的影响规律,给出了不同场地类别条件下高架车站结构地震横向变形特征、结构加速度放大效应和地震损伤程度等变化规律。计算结果表明:场地类别对高架车站结构地震反应的影响非常明显,尤其是当场地类别从III类变化到IV类时,其对结构地震反应各方面的影响都更为明显。同时,发现桥建合一高架车站结构站台层上的站台虽然高出站台层不多,但是其对站台层的峰值加速度放大效应尤为明显。

景洪水电站升船机塔楼的振动台模型试验

通过对刚性地基升船机塔楼结构的振动台模型试验获得了塔楼结构动力特性和对输入地震波的动力响应,发现结构由水平振动引起的竖向振动明显。通过对比试验结果,分析了竖井内水体与结构相互作用对结构的影响,自振频率下降、阻尼比在不同频段内变化、动力响应减小。试验结果为进一步研究结构—水相互作用的影响提供了对比依据。

考虑SSI效应的核电站泵房结构楼层反应谱分析

采用SuperSAP和CLASSI程序对某在建核电站泵房结构进行了极限安全地震震动和运行安全地震震动情况下的土壤-结构相互作用(SSI)的地震分析,揭示了结构在时域内的特性;通过傅立叶变换(FFT)分析了结构在频域内的特性,求得建筑结构中各楼层反应谱,结合核电厂设计规范分别给出了在较硬地基岩土条件下,结构考虑和不考虑SSI时各楼层反应谱,并对其进行了比较分析。结果表明,SSI效应对结构楼层反应谱的谱形、谱值以及零周期平台高度有一定的影响。

软土地区地铁车站结构的非线性地震反应分析

为了明确天津市软土地基对地铁车站的结构地震反应的影响规律,以天津市地铁3号线的昆明路站为工程背景,采用数值模拟分析的方法,研究了该地铁站的地震反应。通过建立二维平面有限元模型,分析了结构抗震薄弱环节及结构抗震性能的影响因素。研究结果表明:天津宁河波作用下结构中柱内力响应明显大于其他构件,且柱底连接处内力幅值最大,为结构抗震薄弱环节;周围土层的弹性模量及上覆土层厚度对结构抗震性能的影响更明显,而结构自身的等效弹性模量对结构抗震性能影响不明显。研究成果丰富了软土地区地铁车站抗震设计理论,对地铁车站的优化设计具有重要意义。

地震作用下某明挖地铁站三维动力时程分析

基于ABAQUS对某明挖地铁站进行了三维动力时程分析。该明挖站空间较复杂,横断面为变截面,需要进行罕遇地震下的抗震验算,并考虑土–结构动力相互作用。模型分别采用ANSYS和ABAQUS进行建模和分析,通过自行编制的接口程序将模型从ANSYS导入ABAQUS。土体采用了三维黏弹性动力本构,边界采用黏弹性动力边界条件,基岩波以加速度从基底输入。计算结果表明,该明挖地铁站中柱底部边缘混凝土纤维进入塑性状态,局部混凝土开裂,没有出现倒塌破坏。该计算方法可以为类似工程提供参考。

基于流固耦合界面数据传递模型的水电站厂房流激振动分析

在现有大中型水电站机组普遍存在水力振动的情况下,如何建立一套完善的水力-厂房耦合振动模型,特别是适用于大型复杂工程计算的流固耦合界面数据传递模型,并以此进行水电站厂房流激振动的预测,是厂房振动方面亟待研究的课题。本文探讨了国内外常用的几种流固耦合数据传递插值算法的优劣,将近年来在航空、地形学、医学等领域广泛应用的C2紧支径向基函数插值方法进行了优化与改进,改善了该插值方法存在的精度和效率之间的平衡问题,并基于此建立厂房流固耦合数据传递模型,进行水电站厂房流激振动分析。分析结果表明,当流体网格数远大于结构网格数时(5倍以上),局部插值法的最大误差控制在工程应用可接受范围内,在网格量巨大的相关工程计算中可以考虑使用局部插值法以节省时间成本;改进后的C2紧支径向基函数可以进一步减小误差,提高精度,在大型复杂耦合界面数据传递中具有很大的优势;流道中压力脉动以叶片通过频率为主,水轮机叶片与导叶间静动干扰所引起的流体脉动压力对厂房整体结构振动影响较为明显。

考虑土-结构相互作用时地铁高架车站结构横向地震反应分析

基于ABAQUS软件平台,建立了土桩高架车站结构非线性动力相互作用的整体有限元分析模型,考虑输入地震动的频谱特性,系统分析了地铁某上部高架车站结构的横向地震反应规律,给出了不同地震条件下车站结构地震横向变形、结构加速度反应和柱底动内力反应程度及其规律。结果表明:由于高架车站结构顶层质量集中较为严重,使得上层结构的动力反应明显大于下层结构,尤其是上层柱底的最大剪力和弯矩都大于下层柱底的对应值。同时,具有明显近场地震动脉冲特征的地震波更易增强结构的地震反应。分析结果能为类似轨道交通高架车站结构的地震反应分析和抗震设计提供有效的参考和指导。

黄土地区地上两层地铁车站抗震性能振动台试验

为研究黄土地区地下一层地上两层地铁车站结构的抗震性能,进行包括地上、地下结构及周围土层的振动台试验研究.在简要介绍模型设计和试验工况的基础上,重点根据试验中各传感器所记录的数据,对模型土箱的边界效应、模型地基与模型结构的动力反应、土与结构的相互作用等进行分析探讨.试验结果表明:地下一层地上两层地铁车站模型结构地上部分受输入地震动峰值加速度影响较大,地上部分的最终破坏模式是整体侧向倒塌;车站模型结构地下部分受地下结构周围土层影响较大,土层位移不大时地下结构无明显破坏;地上地下结构交接处的破坏最为严重.模型车站结构的存在对土体动力反应的影响较小,并随输入地震动峰值的增大而减弱.