地铁交叉隧道结构地震动力响应分析的ADINA模型构建

阐述了地铁交叉隧道结构地震动力响应分析的必要性和常用研究方法及其优缺点,指出采用有限元数值模拟方法是研究此问题的有效手段。以北京地铁14号线下穿1号线大望路站节点工程为依托,介绍了采用ADINA软件研究地铁交叉隧道结构地震动力响应分析的研究思路及其实现步骤,主要包括几何模型的构建、模型初始应变处理、无限远边界设置、地震加速度时程滤波与基线校正、地震动力分析假定以及分析变量设置与数值提取等。     

跨断裂地铁隧道地震动力响应特征研究

研究目的:活动断裂在我国分布较广,然而在长距离工程选线及设计中,线路往往会穿越或邻近活动断裂带。断裂粘滑作用常造成地震发生,加之地震动力作用下地铁隧道的地震响应和受力变形问题又是隧道设计的重点和难点,因此本文对地铁隧道跨越活动断裂进行地震荷载时程分析,从定量角度研究跨断裂地铁隧道地震动力响应特征。研究结论:(1)地表断裂位置处PGA放大系数最大,向两侧逐渐减小,具有典型的上盘效应;(2)地震作用改变了断裂附近隧道结构接触压力,在地震过程中,拱顶最大接触压力在上盘增大下盘减小,而拱底最大接触压力在上盘减小下盘增大,接触压力的主要变化范围在上盘40 m和下盘30 m范围内;(3)地震荷载下断裂附近隧道结构拱顶轴力在上盘增大下盘减小,而拱底轴力在上盘减小下盘增大,此外,在断裂位置处隧道结构弯矩和剪应力数值明显增大;(4)基于地震作用下跨断裂地铁隧道内力显著变化范围,给出了地震动力作用下跨断裂地铁隧道的纵向设防长度建议值为上盘40 m、下盘30 m,在此区域内应采取设置减震层、加固围岩和采用柔性接头等抗震设防措施;(5)本研究成果可为跨断裂地铁隧道抗震设防提供科学参考和理论依据。     

沉管隧道地震响应的影响因素分析

以南京长江沉管隧道为背景,采用动力有限元法分析沉管隧道的地震响应。沉管隧道二维分析的合理计算范围分析表明,横向半宽取3倍洞径为宜。隧道结构的地震响应随着周围岩土的黏聚力及内摩擦角的增大而增大。沉管隧道的地震响应随着埋深的增加而增加,但增加幅度在减小,因此,从抗震的角度讲沉管隧道宜浅埋,但浅埋必须满足抗浮稳定性、安全性等要求。在水平地震力作用下,沉管隧道4个角的动力反应较大,是结构的薄弱部位,在设计中应予以加强。考虑水的耦合作用时,隧道的地震反应增强,在水深20 m条件下,应力增量最大超过10%。实际工程中水深一般较大,因此,计算中应该考虑水的影响。     

移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应的频域—波数域比例边界有限元法分析

基于比例边界有限元法与傅里叶积分变换,分析移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应。考虑到移动荷载运动方向与地铁隧道轴线方向的一致性,将半无限弹性空间动力控制方程进行频域—波数域的傅里叶积分变换;在变换域内,隧道径向采用比例坐标系,环向采用有限元意义离散,在计算域内利用Galerkin法,建立频域—波数域内的比例边界有限元方程,进而推导出半无限空间动力刚度的一阶微分矩阵方程;再利用高频渐近展开和傅里叶积分逆变换,得到时间—空间域系统的动力响应。该方法极大地减小了计算分析量,同时避免了无限边界的计算误差。利用该方法进行实例计算的结果表明:随着荷载移动速度的增大,地铁隧道振动波传播到土体表面,引起的土体振动有放大增强的现象,将会对地铁隧道上部结构的安全性造成一定影响。     

水-土-结构耦合作用下地铁区间隧道抗震仿真分析

针对济南市地铁区间隧道结构,基于三维比奥固结渗流理论,运用时程分析方法,利用FLAC~(3D)5. 0软件建立了地铁区间隧道三维有限元计算模型,研究了水-土-结构耦合作用下区间隧道的地震反应,以及地下水渗流作用对地铁区间隧道抗震性能的影响。结果表明,考虑地下水渗流后区间隧道位移和内力地震响应规律与不考虑地下水渗流时相同,但区间隧道各点位移、洞顶和洞底的相对位移增大;渗流作用下,隧道的弯矩、剪力有所下降,轴力有所增大。     

地铁车站抗震分析

首先选取了车站主体结构建立合适的有限元模型,并进行静力分析,然后分别采用了谱分析和动力时程分析两种不同的计算方法对车站进行抗震计算分析,对谱分析计算、谱分析和时程分析的计算结果分别予以对比,得出在水平地震力作用下车站结构的最不利受力位置。主要结论包括:地铁车站结构的弯矩在静力时较小,在地震作用下其增幅较大,动力响应显著。地铁结构需要进行抗震计算,反应位移法、动力时程分析法均能适用于地下建筑结构的抗震分析。在水平地震力作用下,地铁车站结构中柱的地震轴力较大,是主要的承压构件,结构顶板的变形和应力比较大,容易发生破坏。因此在设计和施工过程中,应对上述部位予以足够的重视。     

可液化砂土地层盾构隧道地震响应研究

研究目的:本文以佛山地铁2号线盾构区间工程为依托,现场取样砂土,通过动三轴试验获取原状土体和加固土体计算参数,运用有限元分析软件ANSYS进行计算分析,对可液化砂土地层盾构隧道在横向地震波激励下的动力响应和地层加固减震效果进行量化研究与评价。研究结论:(1)在横向地震荷载作用下,地层与结构的地震响应峰值与地震波峰值在时间上并不同步,且地层与结构的地震响应发展规律差异亦较大,衬砌第一主应力最大值1.69 MPa;(2)隧道周围地层采取加固措施后,地层强度参数越大,管片位移降幅越大,主应力增(减)幅越大,可满足隧道强度和运营要求;(3)考虑到盾构掘进过程对邻近建筑物的影响,建议砂土地层地基加固采用每立方米掺入400 kg超细水泥的加固方案;(4)本研究结果可应用于可液化砂土地层盾构隧道抗震设计和选取加固措施。     

反应位移法和地震系数法在地铁隧道抗震中的对比分析

为更好地模拟计算地震对地铁隧道内力与变形的影响,本文结合具体算例,采用反应位移法和地震系数法分别计算了地铁隧道截面的组合内力与变形。通过对比分析2种方法的计算结果,发现反应位移法计算的内力与变形小于地震系数法计算的结果。二者在计算过程中考虑的因素不同,反应位移法主要考虑土层相对位移、结构惯性力和结构周围剪切力作用,地震系数法则是将随时间变化的地震力用等效的静地震荷载代替,然后用静力计算模型分析地震荷载作用下的结构内力与变形。     

地铁列车振动荷载作用下近接隧道动力响应分析

地铁列车振动引起的动力响应是地铁营运期间的重点问题。为研究地铁列车振动荷载作用下近接隧道的动力响应,依托工程实例,以激振力函数法模拟列车振动荷载,利用FLAC3D软件建立隧道及周围土体三维数值模型,对近接隧道结构不同位置的振动加速度、应力、位移响应进行模拟分析。结果表明：(1)隧道底板的加速度响应大于顶板,左侧壁、中板和右侧壁,中部位置的测点加速度峰值最大;(2)隧道左侧壁和右侧壁上测点距底板距离越大,应力响应越小,而中板上测点的应力响应基本不随距离变化;(3)隧道底板上各测点竖向动位移均随时间不断增大,并且大致可分为3个阶段,随着底板上测点与地铁隧道的距离增加,其竖向动位移量呈线性减小。     

长沙地铁车站在反应位移法下的抗震计算实例分析

介绍了地下结构在地震作用下的震害特点,明确了地下结构两种震害原因:围岩失稳和地震惯性力;分析地震系数法、反应位移法、反应加速度法、动力时程分析法各自的工程适用性,并通过对长沙地铁车站路站的抗震实例计算,得出了在长沙抗震工况不是控制工况的结论。     

新线隧道列车运营对既有地铁结构振动影响的研究

以在建北京地下直径线为背景,选取了2个典型评估断面,建立二维动力有限元计算模型,应用车辆一轨道耦合动力学理论,计算得到作用在隧道结构上的列车动荷栽,并作为激励作用于有限元模型上,通过数值模拟计算,预测新线隧道北京地下直径线开通运营后对临近既有地铁结构振动的影响.根据对结构物安全的振动控制标准,确定以竖向速度作为既有地铁结构振动响应的安全性评估标准.结果表明:地铁列车运行对其自身结构的振动影响要大于地下直径线列车运行对地铁结构的振动影响;地下直径线列车的运营使邻近地铁结构动力响应增加,对其耐久性和正常使用有一定影响,建议在这些区段采取减振措施.     

岩溶区不同围岩加固方案下盾构隧道列车振动荷载响应研究

目的：研究岩溶区土岩复合地层中不同围岩加固方案下，地铁盾构隧道在列车运行荷载作用下的动力响应，以评估不同围岩加固的可靠性。方法：基于岩溶专项勘察成果和有限元分析方法，依托岩溶区昆明地铁4号线联大街站—吴家营站区间盾构隧道，建立相应岩溶区土岩复合地层地铁盾构隧道的有限元模型，分析隧道运营100年后的累计沉降。结果及结论：各围岩加固方案均可减少列车动力荷载作用下地铁盾构隧道的位移、应力和加速度，其中采用洞外围岩全断面注浆加固方案的效果最好；采用隧道两侧注浆加固围岩时，隧道运营100年后的沉降不满足不均匀沉降要求；为保证岩溶区土岩复合地层地铁盾构隧道的安全运营，应选择在地铁盾构隧道外侧全断面注浆加固隧道围岩。     

泥炭质土不同赋存条件对盾构隧道衬砌结构动力响应特性影响分析

以昆明地铁3号线工程为依托,运用有限元动力分析研究泥炭质土不同赋存条件对盾构隧道衬砌结构动力响应特性的影响,为泥炭质土层盾构隧道衬砌结构抗震设计提供理论指导。结果表明:当隧道周围地层中富含泥炭质软弱夹层时,在地震荷载作用下,隧道结构受力形态呈"椭圆"状,隧道结构轴力、弯矩及主应力减小幅度较大,剪力略小,其中,两侧泥炭质土夹层组合减小幅度最大,对隧道抗震最为有利;当隧道上覆和下卧泥炭质土层时,地层交界面与隧道结构的接触点产生异常的动应力集中,是隧道结构抗震的薄弱环节,因此,盾构隧道的设计、施工应充分考虑隧道结构外侧岩土体的不均匀性,以确保隧道的长期安全性。     

基于反应位移法的地铁车站抗震分析

随着地下结构建设规模的不断扩大,地铁车站的抗震问题已逐步成为地铁建设中新的焦点,而与工程设计相应的地震响应计算方法仍不够成熟。运用反应位移法对典型地铁车站结构进行地震响应计算分析,并评价其抗震性能,最后得出基于反应位移法计算的地下车站与地震中车站破坏形式比较相符,运用反应位移法计算抗震可以满足设计要求。     

软基场地地铁车站地震响应及参数敏感性分析

研究目的:为更加全面地探讨软土场地中地铁车站结构地震动力响应特性和灾变机理,分析软基土性参数变化对土体特征点处动孔压比、地铁车站结构特征位置处内力等动力响应指标变化影响规律,本文采用两相介质动力分析方法和多指标综合平衡法对饱和软土地基-地铁车站结构动力相互作用体系进行数值分析与参数敏感性分析,旨在为认识地铁车站结构地震动力灾变机理提供参考。研究结论:(1)结构底板附近存在环状动孔压比峰值区域,引起两侧远场土体向内部侧向流动,对结构底部产生挤压上抬作用;(2)结构体系中底板、剪力墙下端和中柱为受力破坏薄弱部位;(3)软基土性因素中黏聚力对典型动力响应指标影响最为显著,参考体积模量次之;(4)该研究成果可用于指导软土地基地铁车站结构抗震设计。     

列车循环荷载下交叠隧道结构疲劳寿命预测分析

基于南京地铁某双线四孔交叠隧道节点,建立了四孔交叠隧道-土体系统动力计算模型,分析列车循环荷载下隧道结构动力响应,基于Miner线性累积损伤理论与FE-SAFE疲劳寿命计算软件,研究交叠隧道结构疲劳寿命,探讨列车运行速度、交叠隧道净距对交叠隧道疲劳寿命的影响.研究结果表明:四孔交叠隧道具有动力放大效应,疲劳寿命薄弱点为四孔交叠隧道中心处;距离四孔交叠隧道交叠区2倍隧道直径以外的区域动力放大效应明显衰退,对结构疲劳寿命影响已不大,定义为非交叠区;定义疲劳寿命折减系数η为交叠区最短疲劳寿命与非交叠区疲劳寿命的比值,列车行驶速度越低或交叠隧道净距越大,则η越大.     

浅埋小净距偏压隧道地震响应特性与承载力安全分析

与非偏压隧道相比,浅埋偏压隧道稳定性较差,受地震动荷载的影响更为敏感.结合实际工程,运用FLAC有限差分法研究了浅埋、偏压、小净距隧道结构在水平地震荷载作用下的动力时程响应,对比分析了左、右两洞的内力(轴力、剪力、弯矩)变化规律和动力安全系数.研究结果表明:衬砌结构的地震响应、受力状态与地形条件密切相关;在两洞埋深差异...     

地铁列车振动荷载对下叠并行新建城际铁路盾构隧道的动力响应分析

以新建佛莞城际铁路盾构隧道与广州地铁3号线明挖段矩形隧道交叠并行工程为依托,研究地铁列车通过明挖隧道时产生的振动荷载对下部新建盾构隧道衬砌结构的动力响应,并对不同列车振动荷载下新建盾构隧道衬砌结构的动应力进行了分析.使用激振力函数法模拟地铁列车振动荷载,选取下部新建盾构隧道典型监测断面的监测点来研究在地铁列车振动荷载作用下衬砌结构的振动加速度、应力和竖向位移响应特性.结果 表明:轨道结构质量越差,列车运行速度越快,车体质量越大,列车振动荷载的幅值也相应增大;在地铁列车振动荷载作用下新建盾构隧道衬砌结构存在着明显的动力影响区;新建盾构隧道衬砌管片竖向位移曲线呈"W"形,且拱顶处的竖向位移幅值最大;随着地铁列车运行速度加快,新建盾构隧道的竖向沉降亦随之增大,地铁列车运行速度每增加30 km/h,隧道衬砌结构的竖向沉降平均增加2.66％.     

隧道衬砌结构地震响应的三维数值分析

运用Ansys软件对盾构隧道在不同地质条件下的水平、竖向耦合地震的响应进行三维数值模拟，分析隧道衬砌结构的不同部位上应力和位移的分布状况，探明了盾构隧道在地震作用下衬砌结构的动力响应规律，找出了衬砌衬砌结构的受力最薄弱部位，研究可对盾构隧道的抗震设计提供理论参考。     

上下近接地下结构在地震作用下的动力响应分析

在地震作用下,探究上下近接、最小竖向净距2 m——地下商场和地铁车站的危险截面和相互影响规律。结合地铁抗震规范相关要求确立该工程的6种计算工况,建立三维模型运用时程分析法进行计算得出:相比两个结构单独存在,上下近接组合形式的结构动力响应均发生了一定量的增幅;结构构件距两结构相邻面越近,动力响应的增幅越大。因此,两个结构相邻面是地震发生时的危险截面。上下近接的地下结构的相互影响规律和危险截面等结论对以后的设计、施工能起到一定的指导作用。