考虑围护结构的地下车站反应加速度法抗震设计

反应加速度法作为一种拟静力抗震分析方法,由于其可以考虑复杂结构形式等,因此在工程中具有很强的实用性。在介绍反应加速度法基本原理和计算流程的基础上,结合轨道交通地下车站工程实例,考虑车站围护结构的存在,借助一维土层地震反应分析,获得结构顶、底板相对水平位移为最大值时刻的各土层和结构对应埋深处的水平有效反应加速度,将其作为反应加速度法的等效荷载进行抗震计算。通过阐述具体计算过程,分析计算结果,为地下结构抗震设计提供指导。     

地下结构专业抗震计算软件的开发与应用

在采用反应位移法和反应加速度法进行地下结构抗震设计时,考虑到在地震动参数确定、土层地震动反应、边界条件设置等方面存在的复杂性,采用VC＋＋开发面向道路隧道、地铁区间隧道、沉管隧道、地铁车站等地下结构的专业抗震计算软件SAUS。该软件由软件界面平台、建模前处理、抗震计算分析、结果后处理四部分构成。前处理功能可自动快速地完成建模、设定单元属性、施加荷载和设置边界条件等;抗震计算提供常用的多种圆形和矩形结构的反应位移法和反应加速度法的自动计算;后处理功能提供结构的位移和内力云图显示、结果数据查询以及自动生成计算书等。通过实际工程的应用,极大提高了地下结构在抗震设计方面的工作效率。     

地下结构抗震设计方法的比较与分析

在日本阪神大地震中,地下结构遭到了严重破坏,因此地下结构的地震反应及抗震设计和安全性评价越来越被重视。首先采用矩形地下结构的两种抗震设计方法——拟静力法和反应位移法对北京地铁北宫门车站进行了抗震计算,并使用计算软件FLAC4.0对北宫门车站进行了时程分析,发现拟静力法对地震荷载过于简化,致使其过低估计了地震对地下结构的影响;而反应位移法较合理地反应了地震荷载对地下结构的影响;地震中的惯性力对地下结构的内力影响不大,地震剪应力对结构的内力影响最大;并且,通过软件FLAC时程分析,得到的位移等反应规律与反应位移法的假设相同,计算得到的弯矩值与采用反应位移法计算得到的弯矩值相近。因此,推荐首先采用反应位移法进行地下结构的抗震设计。     

飞机荷载对隧道结构的动力影响分析

随着立体交通路网的发展,在机场跑道或停机坪下修建隧道的情况时有发生,这就需要研究飞机移动荷载对下穿隧道结构的影响,以确保其安全。文章依托北京市首都机场捷运工程,基于有限元法比选了节点动力荷载及面动力荷载两种简化飞机移动荷载的响应结果,结合计算结果与现场实测数据,进一步分析了飞机移动荷载对隧道结构的影响规律。结果表明:两种飞机简化荷载作用下,隧道的竖向位移变化规律相似,但节点动力荷载作用时隧道的竖向位移略大;飞机着陆点与隧道相对位置的变化对隧道结构的竖向位移变化规律影响不大;飞机位于隧道正上方三倍洞径范围内跑道时对隧道结构的动力影响是不容忽视的,不仅引起隧道结构发生明显的竖向位移,还可导致围岩压力的显著增大;而在飞机动、静荷载作用下,拱顶中心位置的围岩压力及竖向位移最大,需重点关注。     

震区同震地表破裂统计经验关系及其对隧道抗震设计的意义

震区的同震地表破裂位移是隧道产生剪切破坏和塌方的主要因素。文章系统地总结了前人关于震区同震地表破裂特征参数的统计经验关系,并对汶川地震期间的隧道震害进行了对比分析。研究结果表明:与隧道抗震设计直接相关的参数是地表破裂长度、最大同震破裂位移、平均同震破裂位移,地表破裂长度主要反映震区所产生的剪切位移的影响范围;在实际隧道抗震设计中,可以考虑采用平均同震破裂位移来估算地震发生时对地下结构的损害程度,同时应参考隧道与主要的深大断裂和附属断层的相对位置关系;而地下破裂长度、下倾破裂宽度和破裂面积可以用于估算一次地震影响范围,进而预估隧道可能遭受的地震灾害损失;发震断层附近的附属断层在地震时也会产生同震位移,并对地下结构和隧道产生破坏。     

地下结构抗震减震措施与研究方法探讨

由于地下结构一直被认为有较好的抗震性能,所以对其抗震减震的理论研究较少,实际工程中采取的抗震减震措施仅仅停留在经验阶段。通过对地下结构抗震减震措施及其分析方法进行研究,对目前地下结构的震害特点、抗震减震措施和理论分析方法进行了归纳总结。分析表明,地下结构的破坏过程主要受地震位移场的控制,与加速度场的关系不明显,所以应尽快修订《铁路抗震设计规范》中有关隧道抗震部分的条文;高烈度地震区的隧道抗震减震措施的耦合技术、减震机理与随机响应分析及动力可靠度的关系、洞口结构抗减震技术以及不同地震烈度下的设防长度、基础处理技术和减震层参数之间的联系等方面需加强研究。这些成果将为高烈度地震区进行的隧道设计和施工提供理论依据。     

常规和广义反应位移法在浅埋双圆盾构隧道中的应用比较

文章阐述了常规反应位移法的基本原理、分析方法及其存在的问题,给出了常规反应位移法地层结构滑移和不滑移两种假定下的地层弹簧刚度取值公式,并提出了基于地层-结构模型的有限元广义反应位移法。该法的地震强制位移施加在地层左右两侧边界上,两侧边界受到水平滑移支座约束,底部基岩边界受到固定支座约束,并在结构地层界面之间引入摩擦接触单元模拟界面滑移效应。不同界面条件下,双圆盾构隧道采用常规反应位移法和有限元广义位移法的对比表明:考虑界面滑移的有限元广义位移法能更加真实地反映双圆盾构隧道的地震效应;在地震强制位移作用下,双圆盾构隧道两洞管片衬砌附加弯矩为倾斜的8字形分布,中柱附加弯矩为线性分布,反弯点出现在中柱中点附近;管片上附加轴力基本为压力,中柱附加轴力为拉力且沿高度基本不变;管片上附加剪力为正8字形分布,中柱附加剪力沿高度基本不变。     

浅埋单拱大跨无柱车站抗震分析研究

文章简要阐述了地铁抗震分析常用计算方法的优缺点及适用性,并结合青岛地铁4号线人民会堂站实际情况建立有限元模型,计算分析地震荷载作用下车站动力特性,通过对比结构各点内力及位移,结果表明:(1)反应位移法、反应加速度法计算地震响应结果普遍比时程分析法大,且车站刚度越大,偏差越大;(2)鉴于E3状态下结构弹塑性本构误差较大,对于截面变化不大、地层较为简单的车站弹塑性层间位移可采用弹性层间位移乘以延性系数;(3)惯性力法计算普遍比反应位移法小,但当车站惯性力起主导作用(即车站刚度相对于土体很大)时,惯性力法与反应位移法计算相差不大;(4)青岛车站基本位于花岗岩中,结构动力响应90%是由剪切力引起,不同于昆明、常州、郑州等土体抗震分析结果;(5)地铁结构层间位移角随车站埋深增大而增加,随矢跨比、围岩弹模、二次衬砌厚度增加而减少,但其中二次衬砌厚度对层间位移角影响最小,车站埋深影响最大。     

基于耦合模型的土与浅埋隧道非线性动力分析

文章在考虑了土体和结构的动相互作用基础上,采用耦合模型对浅埋隧道进行抗震分析.该模型中不同的单元可以模拟结构不同的部位有限元可以模拟土体非线性本构关系、土体的分成性;接触面单元可以模拟土体和钢筋混凝土之间的滑移、拉裂、嵌入等现象;无限元可以模拟无限远处土体位移为零的特征.文中首先阐述了接触元的原理以及单元刚度矩阵的积分形式;然后推导了平行无限元的单元刚度矩阵.通过对某双洞矩形截面隧道的地震反应分析,为同类型工程的抗震设计提供指导性意见.     

隧道地震反应的数值分析

从土-结构相互作用模型出发,利用粘-弹性边界条件,采用时程分析法,对隧道衬砌在地震作用下的反应进行有限元模拟.对模拟结果进行分析讨论,建立了隧道抗震设计中的一些主要事项,并提出了相应的对策.     

内张钢圈加固盾构隧道结构承载能力的试验研究——半环加固法

作为盾构隧道常见加固方式之一的内张钢圈半环加固工法,主要用于控制隧道衬砌的大变形,为隧道结构提供后期补强。文章结合半环加固工况下盾构隧道结构极限的承载试验,描述了其加固施工工艺,以及加固结构破坏的试验现象,得出了此工况下的结构荷载位移曲线,并分析了加固结构的关键性能点。试验结果表明,半环加固法能有效提高隧道的结构刚度及极限承载能力;钢板与混凝土衬砌的粘结面破坏导致结构整体破坏,是加固结构的关键控制因素。     

隧道爆破振动下砌体结构局部动力反应研究

文章依托成渝客专新红岩隧道爆破工程,选取典型实测爆破地震波和典型二层砌体结构,分析了砌体结构的低阶整体模态和高阶局部模态,采用振型位移叠加法理论分析了隧道爆破振动下结构的位移和应力反应特征,研究了不同峰值振速下砌体砖墙的主拉应力分布及变化规律。结果表明:典型二层砌体结构1~5阶为低阶整体模态,固有频率为8.80~24.86 Hz,振型为整体均匀变形;6~20阶为高阶局部密集模态,固有频率为25.96~36.14 Hz,局部变形显著大于整体变形;高频的隧道爆破振动引起的结构位移很小,而局部构件上的内力要比位移大得多,这是因为结构内力计算中的振型幅值向量乘以了振型频率的平方;隧道爆破振动下结构的动力损伤主要由瞬时产生的高应力控制,而不是位移;砖墙的门、窗洞角处及砖墙与混凝土构件接触的应力集中部位和女儿墙、侧墙、中隔墙、阳台等局部构件振动较大的部位受拉应力较大,在隧道爆破振动下容易产生损伤。     

基于车辙试验的路面数值计算加载方式研究

为研究不同加载方式的数值模拟与实际车辙试验结果的拟合效果,文章采用SMA-10沥青混合料进行了60℃车辙试验,记录其变形量和动稳定度,同时基于ABAQUS软件进行模拟计算,研究了以静代动法、等效荷载法、实际频率加载法三种加载方式的最终变形量和动稳定度,并与室内试验结果进行对比分析。结果表明：采用以静代动法模拟计算获得的最终变形量和动稳定度与试验结果均相差较大,采用等效荷载法模拟结果仅最终变形量与试验结果较接近,动稳定度与试验结果偏差较大;采用实际频率法获得的最终变形量和动稳定度与试验结果均较接近。建议当关注车辙试验变形量时可采用等效荷载法,分析试件车辙动稳定度时,采用实际频率加载方式更加合理。     

城市浅埋隧道的抗震及减震措施研究

随着城市浅埋隧道建设的快速发展,地下工程的抗震性能愈来愈受到关注,隧道结构的抗震、减震分析变得日益重要。文章综合论述了城市浅埋隧道的震害特点及减震措施,并阐述了浅埋隧道地震反应分析的实用方法,进而提出目前抗震设计中应该注意的问题,对改善城市浅埋隧道的抗震设计具有重要意义。     

强震作用下支护-结构一体化管幕预制法地铁车站地震响应研究

地下工程支护-结构一体化管幕预筑法是一种全新的暗挖施工方法,改变了传统暗挖法先加固、后支护、最后施作主体结构的施工步序,将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成型。目前有关地下结构抗震问题方面的研究主要以分析传统施工工艺施作而成的地下结构地震响应问题为主,缺少对地下大断面管幕预筑法结构的抗震研究。文章基于有限差分软件FLAC3D,研究了管幕预筑法地铁车站的地震响应规律,结果表明:(1)在强震作用下,沿管幕车站结构高度各测点相对水平位移呈倒S型规律;(2)地震作用下车站结构应力值相对较大的位置主要集中在各管幕的连接处、中板与管幕的连接处、管幕与底板连接处;(3)与单向地震作用相比较,双向地震作用下车站结构的加速度和最大水平应力值均有所增加,水平位移、相对水平位移有所减小。     

明暗挖施工地铁车站下部暗挖隧道围岩压力计算方法研究

南宁轨道3号线青秀山地铁车站受地形限制采用上明挖下暗挖法施工。下部暗挖隧道根据埋深介于深浅埋之间,进行结构设计时,先施工的上部明挖站厅结构等效处理恰当与否,对于保证暗挖隧道结构安全至关重要。通过理论推导表明,当上部站厅结构等效为土体时,其下部暗挖隧道竖向围岩压力为150.69 kN/m,水平围岩压力为95.28 kN/m;当等效为附加荷载时,其下部暗挖隧道竖向围岩压力为439.83 kN/m,水平围岩压力为103.28 kN/m。通过数值计算表明,当上部站厅结构等效为土体时,最大安全系数为60.29,其部位在拱腰处,最小安全系数为7.39,其部位在拱底处;当等效为附加荷载时,最大安全系数为21.558,其部位在拱脚处,最小安全系数为2.529,其部位在拱底处。因此,建议暗挖隧道围岩压力计算时,上部站厅结构按照附加荷载处理较为合适。     

轨道交通地下车站抗拔桩静载试验分析研究

上海地区土层软弱,地下水位高,轨道交通地下车站混凝土结构自重及其压重难以抵抗地下水的浮力。依托上海轨道交通某地下车站工程,通过现场试验的3根抗拔桩,分析了该抗拔桩的荷载–位移曲线特性以及桩身弹性变形特性。结果表明,抗拔桩荷载–位移曲线呈现缓变形,在设计极限荷载下试桩并未破坏;试桩最大上拔位移量主要来源于桩身的弹性变形,桩土之间塑性变形的影响较小。     

北京亮马河污水隧道设计

北京亮马河污水隧道是北京市第一次采用盾构法施工实施的地下工程。本文简要介绍了亮马河污水隧道的结构选型、结构计算、横断面设计、纵向设计和抗震等设计内容。     

超载工况下盾构隧道结构承载能力的试验研究

针对地面大量堆载会对隧道结构的正常运营与安全使用产生严重影响,进行了超载工况下盾构隧道结构承载能力的足尺试验研究,试验结果表明：试验荷载位移曲线呈现弹塑性,在加载开始阶段,荷载位移曲线基本呈线性上升;当接缝受压区混凝土跨过螺栓位置后,接缝受力机理变化,使得接缝刚度下降,结构整体刚度降低;最终管片接头混凝土受压破坏,整体变形呈现“横鸭蛋”形,顶底相对位移153mm。     

高烈度地震区隧道洞口段纤维混凝土衬砌抗震效果分析北大核心CSCD

为提高隧道洞口段衬砌结构的震时安全性,以某公路隧道洞口段为研究背景,利用有限元分析软件ABAQUS,对使用钢纤维混凝土(SFRC)、钢-玄武岩混杂纤维混凝土(SBHFRC)与素混凝土作为二次衬砌结构材料时的抗震效果进行对比分析。结果表明:在同体积纤维掺量的条件下,与素混凝土二次衬砌相比,SFRC二次衬砌的最大、最小主应力峰值分别增加34.27%、23.56%,剪应力峰值增加23.54%,SBHFRC二次衬砌的最大、最小主应力峰值分别增加3.90%、3.37%,剪应力峰值增加3.32%;SFRC、SBHFRC二次衬砌结构的等效位移分别减少了8.08%、2.36%;SFRC、SBHFRC二次衬砌结构监测面各监测点平均安全系数分别提高了38.73%、50.04%。