隧道侧穿箱基框架结构体系振动台试验及数值模拟

以郑州市轨道交通7号线侧穿箱基框架结构工程为背景,开展了室内振动台缩尺模型试验,并借助有限元软件ABAQUS对不同工况进行数值建模,将振动台试验和数值模拟结果进行对比,验证数值模拟结果的可靠性。基于验证后的模型,分析隧道侧穿箱基框架结构体系的动力响应特性。结果表明:①隧道或箱基框架结构的存在均会降低整个体系的自振频率;②箱基框架结构的存在会降低隧道结构的加速度响应,同时减弱隧道结构所受到的弯矩,而对其所受剪力的影响不大;③隧道结构的存在会减弱箱基框架结构的加速度响应和位移响应。箱室的存在会改变地震波的传播路径,且当箱基框架结构高于三层时,楼板加速度响应随楼层高度的增大更明显。

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。

设置内衬框架层的地下水池结构设计

地下水池结构不断加高加深,其支护和主体结构的内力变形控制越来越困难。通过工程实例,对设置内衬框架层的地下水池结构设计进行了分析研究,探讨了内衬框架层的位置和刚度对支护结构的影响;并对地下水池结构池壁和内衬框架层的结构设计进行了分析研究。研究结果表明,内衬框架层的位置和刚度对主体和支护结构的内力变形均有重要影响,设计时应综合考虑支护结构和内衬框架的内力变形,合理设计其位置和刚度;内衬框架层的结构设计应增加换撑工况的正常使用极限状态设计,且与其他工况进行包络设计。

地下室无梁柱帽预留洞口的过渡节点及施工方法

针对多层地下室结构体系与内支撑结构需设置预留洞口的施工难点,研究介绍了地下室无梁柱帽预留洞口的过渡节点及其施工方法。在地下室结构施工过程中由于多层地下室内支撑支护结构未拆除,主体结构中的结构柱、钢管柱及柱帽无法通过内支撑环梁同步施工至对应的结构板,故需对结构板设置相应的预留洞口,采用工字钢并设置抗剪键对洞口补强,以满足结构板水平结构的传力要求,上述方法具有整体性好、安全性高、方便施工、节约工期、节省成本等优点。

反应位移法在地下结构横断面抗震分析中的应用

反应位移法是一种输入一维土力学参数的地震反应分析方法。文章结合广州地区某地铁地下车站工程的计算实例,简单介绍了反应位移法的理论基础和计算过程。根据相关规范、论文研究给出的计算方法,利用软件建立平面框架的应变分析模型,对地震作用、准永久组合的分析结果进行比较。分析结果表明,地震作用在常规矩形断面地铁车站内力计算中不起控制作用。

交通工程长条形地下结构平面框架计算问题探讨

交通工程长条形地下结构具有荷载大、恒载占总荷载比例高、构件截面尺寸及配筋量大、通常采用平面框架计算模型的特点,结合现行设计规范要求,通过典型工程算例对比对这类模型中杆件计算长度取值、节点刚域处理及结构正截面配筋计算中压应力考虑原则对计算结果的影响进行探讨。进而对这一类地下结构的设计计算提出优化建议,提高结构设计经济性及施工便利性,提升交通工程建设碳效益。

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。

考虑竖向地震作用的大型地下框架结构易损性分析

基于增量动力分析(IDA)方法,探究了单一水平向地震及水平向与竖向地震联合作用下大型地下框架结构地震响应的IDA曲线,揭示了竖向地震对结构不同危险位置响应的影响规律;针对结构的层间水平变形与弯曲变形,提出分别选择层间位移角与层间梁柱转角作为性能评价指标,阐明了竖向地震对结构抗震性能的影响机理,得到了单向和双向地震分别作用下结构的地震易损性曲线。研究表明:竖向地震作用对结构基于层间位移角的地震易损性影响较小,但会增大外侧结构的局部弯曲变形并降低结构基于弯曲变形的抗震性能,基于层间梁柱转角的地震易损性明显提高,建议综合层间位移角与层间梁柱转角对双向地震动作用下大型地下结构的地震易损性进行全面地评估。

浅埋地下结构抗震设计的反应位移法关键问题

为了解决采用反应位移法进行地下结构抗震设计时工程师所面临的不同计算公式和模型的选取及土体是否需要分层等问题,通过具体算例分析,探讨了影响反应位移法计算精度的几个主要因素,具体包括不同规范中推荐的土体相对位移及剪应力的计算公式、土弹簧刚度的确定方法、分层土体与等效单层土体的差异、荷载-结构模型的选择等.研究结果表明:不同方法确定的土体相对位移、剪应力及土弹簧刚度值相差很大,由此造成的结构内力和变形差异显著,推荐公式应谨慎采用;对存在中柱体系的地下结构,荷载-结构模型应优先采用等代框架模型;采用反应位移法计算时,应严格按照实际分层土体完成土层地震响应分析,避免进行等效均一化处理.

利用单元模态应变能法的地下框架结构损伤诊断

基于地下框架结构损伤前后动力特性的分析,证明了模态应变能变化对单元损伤的敏感性。选择单元模态应变能变化率作为人防结构损伤诊断的标识量,证明了多位置损伤状态下产生的单元模态应变能变化率是单位置损伤状态的叠加,并提出了应用组合优化求解结构多位置损伤诊断的方法。以一典型的人防工程为算例,通过对其在不同损伤情况下计算结果的分析和讨论,说明所提出方法是有效可行的,它不仅可以准确完成人防结构的损伤诊断,并且简化了损伤诊断过程。

城市隧道结构设计研究

随着现代城市的不断发展。当今的国际化大都市已经不再局限于平面向上的开发模式,由于城市周边可利用空间、资源的不断减少,迫使城市向地下方面推展。仅以北京为例,先后建成的中关村地下空间、金融街地下空间和奥林匹克公园地下空间。现正在研究的朝阳区核心商务区地下空间、雍和宫地下空间、丽泽核心商务区地下空间和东城区地下空间开发利用的整体规划、西厢地下通道等工程。这些举措都从一个角度反映了现代化城市发展的一个新的方向。但是,过多的地面建筑和市政设施并没有给地下市政建设留下相应的实施空间。使地下隧道的设计存在很大的难度。本文仅从狭小空间地下隧道设计方面,来讨论一种结合几种结构形式的设计方式,增强结构的可实施性。

地下框架结构抗震性能评价方法的研究

目前关于地下结构地震响应的分析大多是计算给定的地下结构在给定地震动下的动力响应,而该结构在该动力响应下是否已破坏则不得而知,这就需进行地下结构抗震性能评价方法的研究。首先总结了目前国内外在地下框架结构破坏评价方法方面的研究,在此基础上,结合《建筑抗震设计规范》,提出了新的评价方法:基于层间位移角的构件变形能力评价和基于有效应力值的构件强度评价。然后,以地铁车站及地下人防工程等地下框架结构为例,建立其三维分析模型,计算其三维地震响应,主要包括结构的水平横向相对位移和结构受力,对地下框架结构抗震性能进行评价。分析表明:所提出的评价方法能初步应用于地下框架结构的抗震性能评价,但仍需进一步完善。研究成果和思路可为《建筑抗震设计规范》中地下建筑结构部分的补充和完善提供有益的帮助。

地下结构横断面抗震设计的等代平面框架法

文章针对目前传统反应位移法所采用的"延米框架"模型进行了分析,指出其误差来源及应用局限。并借鉴板柱结构在水平作用下等代梁的物理概念及设计理论,提出了一种适用于存在纵梁-柱体系的地下结构抗震计算的方法——等代平面框架法。为验证等代平面框架法的有效性,基于实际工程案例,构造不同结构和土层参数进行内力计算,并将其计算结果与"延米框架"模型和动力时程法进行对比分析。结果表明,等代平面框架法的内力计算精度高,计算量少,对不同结构和土层条件的适用性好,且可应用于侧墙开孔部位的抗震设计,具有很强的实用性。

大型边坡加固技术的研究

随着国家大规模经济建设的展开,水利水电、交通、矿山、国防等工程建设中经常会遇到大型边坡的加固问题。以边坡规模、工程地质条件和工程重要性作为影响边坡加固方法选择的3类主要因素,并将其分别分解为3个级别,通过各因素之间不同级别的组合分级来确定边坡加固方案的初步选择。对于一些工程地质条件很差的重要边坡,现有的边坡加固方法存在一定的局限性和不足。为此,作者提出了可用于大型边坡加固的地下梁-桩框架结构体系。通过将桩和梁相互连接而构成的空间框架结构,该体系可以将稳定性不足的坡体与深部稳定岩体牢固地连结起来,进而可以充分发挥岩体的自支撑能力。该结构体系的实施不仅可以充分利用为其他目的而开挖的探洞、试验洞等已有洞体,而还可以轻易、高效地实现边坡的排水和监测。

上覆土竖向惯性力对浅埋地下框架结构地震损伤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。

基于韧性设计的一种地下框架结构抗震新体系研究

具有功能可快速恢复的抗震结构体系是结构抗震韧性设计的目标,结合浅埋地下框架结构地震破坏和失效模式的震害事例调查与分析以及抗震韧性结构设计的思想,本文提出一种可控制失效模式并具备自复位能力的浅埋地下框架结构抗震新体系。采用数值分析方法研究了传统地下框架结构体系与本文提出的新体系间的抗震能力差异以及新体系的自复位效果。结果表明:与传统的地下框架结构体系相比,新型地下框架结构体系的抗震能力显著提升,并具备良好的自复位能力,实现了结构抗震韧性设计的目标;新体系的自复位效果随轴压比的增加逐渐变差。结合算例,给出了浅埋地下框架结构自复位最大变形能力与轴压比的经验关系。

某人防工程地震响应分析与抗震性能评价

目前为止还没有成熟的地下结构抗震性能评价方法。本文结合地下结构地震响应的特点及已有相关规范,初步建立了地下结构抗震性能评价方法。并以某人防工程为例,建立三维分析模型,计算其在两种不同幅值的人工合成波作用下的三维地震响应,计算了结构的水平横向相对位移,评价了该人防工程的抗震性能。评价结果表明此人防工程具有良好的抗震性能。本方法可供其它相关地下工程参考应用。

地下采空区框架结构的变形研究

对地基采用D-P模型,地基和基础采用四边形单元,对上部结构采用梁单元,通过有限元计算方法地对采空区距建筑物的间距、采空区的深度、采空区的高度、采空区上覆岩层对框架结构的影响进行分析,采用考虑二阶矩的简化刚度法计算框架结构的挠度曲线和塑性铰出现的位置和顺序。计算结果表明,采空区在一定范围内的存在,对建筑物有很大影响,导致柱的剪力增大,塑性铰出现的顺序发生变化,结构的延性变差,同时也表明条形基础的抗采空影响能力要高于独立基础,并给出框架结构抗采空结构措施。

京沈客专望京隧道超深竖井施工技术革新

针对京沈客专望京隧道2号竖井施工中68 m深的地下连续墙在富含承压水且以粉细砂层为主的软弱地层中成槽难、垂直度控制难、42 m深的基坑安全与主体结构质量控制难等问题,提出对超深地下连续墙创新采用双拼工字钢接头柱、基坑上半部采用钢支撑替代混凝土支撑、基坑下半部环框梁与混凝土内支撑逆作、环框梁和腰梁合二为一、改进接头防水方式、改变竖井主体结构施工工艺等多项技术革新。得出主要结论如下:1)在地下水丰富的软弱地层中,采用双拼工字钢接头柱可以显著提高超深地下连续墙的垂直度,减少接缝渗漏水现象;2)通过优化超深竖井内部支撑体系和主体结构的施工顺序,并且将临时支撑结构和永久结构合二为一,可以显著加快施工进度、提高施工安全、节省施工成本。