天津地铁10号线典型车站结构抗震分析

研究目的:本文以水平地震作用对天津地区地下车站结构的影响、结构抗震分析的科学方法以及如何采取构造措施为研究目的,通过以天津地铁10号线梅林路站为例,针对天津地区明挖地铁车站常见车站形式,考虑结构使用过程中可能出现的各种荷载组合,采用反应位移法和时程分析法进行专项抗震设计研究。研究结论:分析结果表明:(1)天津软土地区地震作用明显,软土较厚区域地震作用远大于基岩面较浅区域;(2)天津地铁地下车站结构在地震作用下,可以认为结构处于弹性工作阶段;(3)分析得出在水平地震力作用下标准两层车站和局部三层换乘车站结构形式变化处为最不利受力位置,抗震工况可能在此处起控制作用,从而采用针对性措施,如加强薄弱的构件强度和提高构件节点的构造措施,切实提高地铁车站结构的整体抗震性能;(4)本研究成果可应用于天津地区地下车站结构的抗震设计。     

砂卵石地层不同结构型式大跨无柱地铁车站的抗震动力响应分析

针对砂卵石地层条件下不同结构型式的大跨无柱地铁车站,依托成都轨道交通某无柱车站,运用有限元软件和时程分析法进行抗震计算,对比分析了不同结构型式下车站的抗震动力响应。相比于矩形平顶直墙结构,无柱车站起拱可显著优化结构受力,其弯矩值可减少约35%,受力性能显著提升,具有较好的抗震特性;拱顶不同矢跨比对结构内力及层间位移角影响的敏感性分析表明,随着结构矢跨比增大,结构层间位移角呈递减趋势,当结构矢跨比接近0.25时,层间位移角降幅趋于平缓。不同结构型式车站的内力极值均出现于板墙相交位置,设计时应加强该处的抗震构造措施,以提高结构在地震作用下的抗剪和抗弯承载能力。     

立交桥上跨地铁车站结构抗震性能研究

研究目的:地下大空间构筑物的开发利用成为近年来城市化进程的热点,相关的抗震规范也在近几年陆续出台,但抗震设计的理论和实践水平与地面结构相比还有差距,存在与地下结构建设水平相脱节的情况。本文对上部拟建立交桥的地铁车站工程进行基于时程分析法的抗震性能研究,对描述2种不同站桥相互关系的设计方案进行数值分析并得出结论,期望对地下结构抗震设计的认识与方法的完善提供有益思路。研究结论:(1)各工况下的车站顶板-底板层间位移角均满足相关规范中对结构弹性层间位移角限值的要求;(2)站桥分离方案在满足变形和承载力要求的前提下,更好地节省了工程造价和劳动力成本;(3)采用时程分析法对地下结构进行计算,宜将计算结果与其他抗震分析方法的对应结果进行比对并进行过程修正,对计算结果的评价应以结构的抗震性能及薄弱部位的定性分析为主,并作为结构设计的参考依据;(4)本研究成果对地下工程的抗震分析与结构设计具有参考和借鉴价值。     

上软下硬地层大跨度车站抗震风险控制分析

为研究处于上软下硬地层的大跨度地铁车站在地震作用下的安全性,文章基于 Midas GTS 对大连地铁 5 号线后关村站进行平面静力计算和平面抗震时程分析,在时程分析中分别对设防地震 E2 和罕遇地震 E3 作用下地铁车站的动力响应进行计算分析。用数值模拟的方法合成地震动时程,作为场地土层地震反应分析的地震动输入值。分别采用 50 年超越概率为 10% 和 2% 的3 条样本加速度时程曲线进行动力计算。结果表明：在设防地震作用下,结构最大层间位移角均小于 1/550,可以认为结构处于弹性工作阶段;在罕遇地震作用下,所有车站弹塑性层间位移角均未超过 1/250 的限值,可以认为结构局部处于弹塑性工作阶段;地下车站结构满足抗震设防要求,且地震工况对构件截面尺寸和配筋不作控制,抗震设计的重点是加强抗震构造措施。     

青岛地铁某地下车站结构抗震数值模拟计算分析

为了研究地铁地下车站在地震荷载作用下的受力情况,以青岛地铁某明挖地下车站为例,通过静力法和时程分析法分别建立二维数值模型,对明挖地下车站标准断面的受力进行结构抗震性能模拟分析;对车站大里程端节点结构建立三维数值模型,进行结构抗震性能模拟分析。车站标准断面二维模拟计算结果表明,时程分析法与静力法2种计算方法得到的内力计算结果比较接近,顶板跨中、底板支座、底板跨中、侧墙支座、侧墙跨中均受静力法计算结果控制,顶板支座、中板支座、中板跨中受时程分析法控制,对比基本荷载组合、准永久荷载组合的内力及相应的配筋计算,地震荷载组合对车站结构各构件承载力并不起控制作用;大里程端节点结构三维模拟分析结果表明,车站结构各构件满足抗震设计要求。     

轨道交通高架车站钢结构与混凝土结构协同分析

基于成都轨道交通高架车站钢结构雨棚方案比选和结构设计,围绕高架车站站台钢结构雨棚与下部混凝土结构考虑协同作用对比分析。通过对不同高架车站下部混凝土结构和相同上部钢结构,采用有限元软件MIDAS建立整体和独立模型,对结构分别采用反应谱分析、屈曲分析进行对比计算。找出结构整体模型计算在周期模态、最大层间位移、最大层间位移角、柱底反力、屈曲临界荷载等方面与下部混凝土结构独立计算存在的差异。分析结果表明,高架车站独立模型计算的周期均小于整体模型计算;两种模型的层间位移和柱底反力均存在差异,其中单墩柱整体模型计算不能忽视;整体模型比独立模型计算的屈曲临界荷载值大。     

换乘节点动力时程法三维抗震计算对比分析

在总结目前国内外地下结构抗震计算方法的基础上,结合《城市轨道交通结构抗震设计规范》的要求,分别采用反应位移法和动力时程分析三维计算对徐州地铁淮塔东路站换乘节点进行计算与分析。对比分析结果表明:反应位移法的计算结果与动力时程分析三维计算基本一致,说明反应位移法可用于地铁车站换乘节点的抗震设计,可为今后类似地铁车站的抗震设计提供指导。     

变曲率曲梁的单元等效节点荷载分析

研究目的:变曲率曲线梁在工程中得到广泛的应用,对其进行数值分析时,需建立变曲率曲线梁的单元刚度矩阵和节点荷载矩阵。因跨间集中荷载和均布荷载无法直接参与计算,需将其转换为等效节点荷载。本文主要研究目的是获得变曲率曲线梁跨中集中荷载的等效荷载矩阵。在极坐标系下,依据虚功原理,推导出一端固定的悬臂梁在跨间荷载作用下的悬臂端位移,再依据位移等效和内力等效得到曲梁单元一端的等效节点力,进而根据静力平衡条件得到单元另一端的等效节点力与等效节点荷载矩阵。研究结论:以两端固定的曲线梁在跨间集中荷载作用下为例,利用MATLAB编程与ANSYS有限元计算结果进行了对比,算例中竖向位移和扭转角误差较小,两者相差都在5%以内,得到如下结论:(1)等效节点荷载矩阵是正确的,验证了对变曲率曲线梁计算的有效性;(2)等效节点荷载矩阵的元素可用带参数的显函数表达,且所有参数都可直接引用;(3)推导的变曲率曲梁等效节点荷载矩阵可用于含等曲率梁的杆系结构的有限元分析。     

水平地震作用下 T 型换乘地铁车站结构变形分析

地下轨道交通系统是城市生命线工程的重要组成部分,其中的换乘地铁车站建设规模大、客流量大、结 构复杂,有关抗震问题值得关注。基于南京某 T 型换乘车站结构,建立地层-结构三维动力时程分析模型,模拟 土-结相互作用系统在水平地震荷载作用下的动力响应,分析不同类型和不同幅值的地震动作用下 T 型换乘车站 结构的位移响应规律。计算结果表明：T 型换乘车站结构的最大水平位移及截面最大顶底位移差均出现在垂直于 地震动输入方向的 3 层线路车站的顶板部位,沿 3 层车站的纵向位移,远离 T 型交叉部位;T 型换乘车站结构水 平位移及顶底水平位移差的最小值均发生在两线车站 T 型交叉部位。     

铁路桥式中间车站无站台柱雨棚托架结构分析

研究目的:铁路中间站桥式车站无站台柱雨棚,主体结构形式通常采用拱形。采用Midas Gen软件对无站台柱雨棚托架在各项荷载工况作用下(恒载含自重、屋面活载、风荷载、温度作用以及水平地震作用)进行结构静力分析,提出无站台柱雨棚托架在各荷载工况下的受力和变形控制因素,以及工程设计时应注重的问题。研究结论:(1)铁路桥式中间站无站台柱雨棚,主体结构一般呈拱形,使托架结构承受两个方向的弯矩和剪力,由于剪力相对于杆轴偏心,因此也承受着扭矩,是典型的弯剪扭构件;(2)温度变化将引起托架结构一定程度的应力和应变,尤其是钢管桁架托架在温度作用下,托架结构的应力和轴向变形比较大;(3)预应力钢筋混凝土梁托架结构,在温度应力作用下易引起出现混凝土开裂现象,设计时应考虑托架结构合理分缝,以避免应力和变形累积;(4)本文对钢管桁架托架结构的分析方法与研究成果,对铁路中间站桥式车站的结构设计具有一定的参考价值。     

典型站房高架候车室受力特征及抗震性能研究

研究目的:以某典型站房高架候车室为研究对象,对其进行动力时程分析,找出其受力特征和性能特点.探讨高架候车室的抗震性能目标与关键构件的选择,并给出相应的抗震构造措施,为典型大型旅客站房的设计提供参考.研究结论:(1)在多遇及罕遇地震下,结构位移角往往不是站房高架候车室的控制性指标;(2)高架候车室结构的抗震"薄弱层"为高...     

暗挖地铁车站大跨度拱形中板的设计研究

为实现地铁车站站台层大跨度无柱功能,以青岛地铁1号线薛家岛站拱形中板的设计为背景,运用有限元方法分析研究不同形式中板在静力及地震作用下的结构受力特性。分析结果表明:(1)静力分析中,拱形中板较其他形式中板而言,仅轴力值较大,其余内力及变形值均相对较小;跨中弯矩在外侧水土压力作用下为负弯矩,并呈正比例变化;受空间作用影响,洞口梁及节点处应力集中明显,梁扭转效应明显。(2)抗震分析中,E2、E3作用下得出中板时程位移曲线,最大层间位移角均满足规范限值要求; E2作用下,拱形中板构件内力较非地震工况增幅约25%。     

强震作用下密贴交叉组合地铁车站三维地震动响应分析

基于FLAC3D有限差分软件,建立密贴交叉组合地铁地下车站结构的三维计算模型,研究强震作用下密贴交叉组合地铁地下车站结构的三维非线性地震反应特性,并与单一浅彬深埋地铁地下车站结构的地震反应特性进行比较。研究结果表明：密贴交叉组合车站结构中,由于上下层车站相互作用影响,对上下层车站的相对水平位移均具有放大作用;上层车站的加速度放大系数小于浅埋车站,而下层车站的加速度放大系数略比深埋车站的大,且变化率较大的部位均发生在密贴交叉部位;下层车站的存在,时上层车站结构的应力有一定的消弱作用,但是由于两车站结构相互作用影响,在两车站交叉部位出现应力集中,致使交叉部位应力出现明显的放大效应。     

铁路客站大跨叠层桁架结构受力分析

跨度52m的钢结构大跨叠层桁架是西安火车站站改工程重要组成部分。通过建立大跨叠层桁架的整体有限元模型,对整体结构进行全面的静力分析和自振特性分析。静力分析着重研究结构整体变形和应力比,分析不同荷载工况作用下结构变形特征;自振特性分析在研究叠层桁架自振特性的基础上,分析改变桁架腹杆形式对结构自振特性的影响。计算结果表明:构件的变形及应力比均满足《钢结构设计规范》(GB50017—2003)的规定,结构整体位移分布一般呈现正对称特征,大跨叠层桁架的最大位移区域位于跨中位置;大跨叠层桁架具有较低的自振频率,腹杆形式的改变对其自振频率的影响不大。     

地震对交叉隧道影响机制及抗震方案研究

研究目的:因立体交叉隧道会同时受到来自入射、反射、绕射等地震波导致的震动,其所受影响相比一般隧道而言更大。因此,对立体交叉隧道受地震荷载作用下隧道结构动力响应规律进行定量分析,分析确定影响隧道结构主应力各因素敏感性,从而优化抗震方案。研究结论:(1)对立体交叉隧道净距、围岩级别、隧道埋深等因素对隧道结构加速度、应力以及位移的响应规律进行定量分析,得到隧道净距、埋深的增大和围岩变好对交叉隧道的抗震有利;(2)地震作用对交叉隧道的上跨隧道和下穿隧道影响敏感性大小都依次是围岩级别、隧道净距和隧道埋深;(3)改变隧道衬砌混凝土的强度抗震方案效果不明显,设置隔震层效果显著,但增加隔震层厚度对抗震影响较小;(4)本研究成果可为立体交叉隧道在地震荷载作用下的抗震设计提供指导。     

双跨无柱装配式地铁车站结构力学特性分析

为充分发挥装配式地下结构的优点,依托某工程地下二层岛式车站,设计了双跨无柱装配式地铁车站,并对因横断面跨度较大、接头连接刚度不易确定造成结构受力和变形较为复杂等问题展开研究.通过建立多幅地铁车站"荷载-结构"整体计算模型,计算分析装配式地下车站结构的整体变形、局部接头变形、结构应力和内力.分析结果表明:该双跨无柱装配式...     

地铁上盖物业车站整体结构抗震分析

北京地铁14号线某站为地铁车站上盖物业结构形式,文章采用时程分析法、粘弹性人工边界,建立结构-基础-地基整体计算模型,对地铁车站上盖物业这种地下+地上复合结构进行专项抗震计算研究。研究结果表明,地震组合工况在地铁结构设计中不起控制作用,地下结构的最大相对水平位移峰值发生在地下结构顶板上,应加强对其抗震设计,切实提高地铁车站结构的整体抗震性能。     

佛山地铁魁奇路地下换乘站抗震性能分析

以佛山地铁魁奇路站实际工程为背景,对地下车站进行了结构抗震性能分析。以反应位移法建立了地铁车站二维结构计算模型,求解了地下车站受地震荷载作用下响应结果,并与静力法计算结果进行了对比,以研究地铁车站在地震作用下的内力变化规律。基于Midas GTS NX软件,应用非线性时程分析法,建立了结构和周围土层为一体的整体计算模型,通过模态分析求解了结构体系各阶的自振频率和各阶振型;模拟了地下结构在地震荷载下的动态特性,揭示了地铁车站在地震作用下的位移时程反应及结构整体变形状况。     

单层变截面编织拱壳抗连续倒塌分析

研究目的:本文以某站房大跨单层编织网壳为对象,利用ANSYS有限元分析软件,对其进行抗连续倒塌分析。基于平均应力比的概念,根据柱子的应力大小,确定关键柱子。应用线弹性静力分析和非线性静力分析两种方法,对结构在单根关键柱失效的情况下的剩余结构进行连续倒塌分析。通过对比两种方法,从而探索此类大型公共建筑防止连续倒塌的更精确计算方法。研究结论:(1)采用平均应力比作为结构的移除指标以代替重要性系数的方法方便可行,说明此方法不仅适用于框架结构,也可推广到大跨空间结构;(2)静力分析方法比动力分析方法方便可行,但可能会导致更保守的结果;(3)边拱柱子失效后,边拱局部区域发生破坏,发生很大的位移及杆件转角,构件内力发生重分布,这说明边拱柱子是结构的重要部位,在使用过程中应重点防护;(4)拱顶接近悬挑端中部有部分杆件出现断裂情况,但没有大面积扩散,在实际设计中应对此部分进行重点防护;(5)本研究揭示的建筑连续倒塌的机制与模式,可用于大型车站建筑防爆抗爆及设计。     

框支剪力墙土-结构共同作用的抗震性能分析

采用有限元法对一框支剪力墙土-结构体系进行动力弹塑性时程分析。通过对计算模型的自振特性以及地震作用下的位移、层间位移角、等效刚度比和剪力等数据进行分析研究。研究结果表明:运用ANSYS建立框支剪力墙-土-结构共同作用模型对结构进行地震反应分析,能够真实地反映结构的抗震性能。转换层位置对结构自振周期影响较小;转换层附近的层间位移角和剪力均发生突变,且随转换层位置的提高而加剧;层间位移角较大值集中在结构中上部;框支柱剪力最大值发生在转换层中柱。建议抗震设计时,转换层位置可适当提高但不宜超过5层,等效侧向刚度比宜控制在0.8～1.3,除了底部框支柱加强外,还应该对中上部楼层采取减小层间位移的措施,对转换层中柱采取特殊加强。