地铁车站中柱减震效果的概率密度演化分析

本文旨在采用概率密度演化方法,对考虑土体随机性的地铁车站中柱减震效果进行概率密度演化分析．以一典型地铁车站地下工程为背景,基于土体剪切模量的对数正态分布模型,采用谱表现方法确定具有空间变异性的土体随机场分布,分别建立考虑土体随机性的土-地铁车站原型结构相互作用模型和土-地铁车站减震结构相互作用模型,进行地铁车站中柱减震效果的概率密度演化分析与对比研究．结果表明：地铁车站结构地震反应的概率密度演化过程是一种随时间变化的复杂随机过程;不同时刻下结构地震反应的概率密度函数形状有所不同,且某些时刻的概率密度函数具有双峰．在地铁车站中柱上端设置橡胶支座会降低结构中柱水平变形与截面内力的离散度,提高结构侧墙变形与内力的离散程度．同时,可以有效降低中柱水平变形与截面内力的地震反应值,降幅在25%～50%左右,而地铁车站的侧墙变形和内力有所提高．     

多维地震波作用下地铁车站及场地的地震反应

研究了不同类型多维地震波作用下地铁车站及软土场地的地震反应特征。以上海软土场地条件下的某双层地铁车站为背景,采用有限元方法建立了描述场地土与地铁车站结构相互作用的二维非线性力学模型,其中利用等效线性化方法模拟了土的非线性。以不同类型基岩的多维(含水平向和竖向）地震波作为输入,运用ANSYS软件数值分析了软土场地中地铁车站结构及场地的地震反应,比较了不同类型地震波作用下地铁车站结构和场地地震反应的差异．算例结果表明：在长周期地震波作用下地铁车站结构的内力响应峰值以及场地地表的加速度响应峰值和位移响应峰值均明显大于普通地震波作用下的相应值;考虑竖向地震动时双层地铁车站底层中柱的柱底轴力较单一水平向地震动作用的情形有明显增大;地铁车站的存在使结构上覆土层加速度响应峰值和位移响应峰值有所降低．     

土-地铁车站及其上盖结构体系地震反应分析

为研究地震作用下地铁车站及其上盖结构体系的地震反应特征，本文以一典型的地铁车站及上盖结构体系为背景，采用ABAQUS软件建立土-地铁车站及其上盖结构体系的三维有限元模型，利用等效线性化方法考虑土的非线性，以不同类型的单向地震波和双向地震波（含水平向和竖向）作为输入，对土-地铁车站及其上盖结构体系进行了地震反应分析，比较了不同类型地震波作用下地铁车站及其上盖结构体系地震反应的差异，探讨了竖向地震动效应和转换梁刚度的影响．本文的算例结果表明：与普通基岩波和El-centro反演波输入相比较，在长周期基岩地震波作用下地铁车站及其上盖结构体系的内力响应和位移响应均最大．这一地铁车站及其上盖结构体系的薄弱部位位于地铁车站底层第2列、第3列柱的柱端和侧墙与底板连接处．竖向地震动对地铁车站及其上盖结构体系中柱的轴力响应值有较大影响．对于本文的动力计算工况，适当弱化转换梁刚度可降低上盖结构层间位移角的动力响应值．     

地震动速度脉冲对高温气冷堆核电厂地震反应的影响

为探讨近断层地震动的速度脉冲对结构抗震能力的影响特征,以某高温气冷堆核电厂结构为研究对象,利用有限元软件建立线性三维模型,选择4组具有速度脉冲特性的近断层地震动加速度记录及人工模拟的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程分别作为地震动输入,对模型进行动力时程分析,对比在有、无速度脉冲地震动作用下模型的地震反应。研究发现,虽然反应过程中结构仍处于弹性阶段但是地震动的速度脉冲对结构的位移反应具有一定的不利影响,这一点与已有的基本认识不同。因此对于需要安装对位移反应较为敏感设备的高温气冷堆核电厂房,应充分关注地震动速度脉冲对结构反应的影响。     

全非平稳地震作用下地下空间结构随机反应及可靠度分析

为研究全非平稳地震作用下地下空间结构的随机地震反应特征及可靠度分析方法，本文基于非均匀调制演变随机过程，建立了一种同时考虑强度非平稳和频率非平稳的全非平稳随机地震动输入功率谱分析模型；利用频响函数和脉冲响应函数间的傅里叶变换关系，推导出了适用于地下空间结构随机反应分析的响应功率谱计算表达式，可结合有限元方法对全非平稳地震作用下地下空间结构进行随机反应分析．基于穿越过程为泊松过程假定，采用分部积分方法，进一步推导出了适用于首次超越破坏可靠度计算的互相关函数解析表达式．然后，本文以上海某两层三跨地铁车站为工程背景，建立土-地铁车站结构相互作用体系有限元模型，对全非平稳地震作用下地铁车站结构进行了随机反应分析和中柱可靠度分析．结果表明：在非均匀调制演变功率谱作用下，结构的响应功率谱也具有明显的演变特征；利用文中给出的互相关函数计算公式，可避开调制函数的数值微分，提高计算精度．     

动支座对拱结构抗爆承载力的影响

建立了具有动支座拱的计算模型,该模型考虑了竖向的弹性支承和阻尼支承、水平向弹性支承和扭转约束等柔性支承形式。基于大变形动力微分方程并利用有限差分方法,研究了动支座拱在爆炸荷载作用下的动力响应,并分析动支座对结构承载力的影响。研究表明:动支座对拱的抗爆承载能力有较大影响,不同形式的柔性支承对拱承载力的影响截然不同,竖向弹性支承能够使爆炸荷载作用下拱的弯矩峰值减小,并且使到达峰值的时间增加,提高了拱的抗爆或承受瞬态荷载的能力。而水平弹性支承使拱的内力值和相对位移值增大,对结构的承载力不利。     

LIMIT STATE DETERMINATION FOR A SUBWAY STATION STRUCTURE BY INCREMENTAL DYNAMIC ANALYSIS1)

-5 表征地下结构抗震性能的研究不多,而性能化设计方法需要确定结构物在地震作用下的极限状态. 本文根据地铁车站特点,从结构变形性能和止水性能两个方面定义了抗震性能的四个极限状态,并以结构最大层间位移角 作为特征指标. 以上海某多层地铁车站为背景,建立了土--结构二维有限元模型,采用增量动力分析法 研究该类结构的抗震极限状态,建立了增量动力分析法的地震动强度指标结构底部峰值加速度与结构性能指标最大层间位移角 的关系曲线,给出了该地铁车站结构4个极限状态的最大层间位移角界限值.     

地铁车站增量动力分析的极限状态判定方法

表征地下结构抗震性能的研究不多,而性能化设计方法需要确定结构物在地震作用下的极限状态.本文根据地铁车站特点,从结构变形性能和止水性能两个方面定义了抗震性能的四个极限状态,并以结构最大层间位移角作为特征指标.以上海某多层地铁车站为背景,建立了土-结构二维有限元模型,采用增量动力分析法研究该类结构的抗震极限状态,建立了增量动力分析法的地震动强度指标结构底部峰值加速度与结构性能指标最大层间位移角的关系曲线,给出了该地铁车站结构4个极限状态的最大层间位移角界限值.     

大跨度Y形柱地铁车站结构地震反应研究1）

随着地铁建设的发展,出现了一种新型的结构形式-大跨度Y形柱地铁车站结构,与现有的地铁车站结构完全不同,其空间高大宽敞,环境舒适.为研究该新型地铁车站结构的抗震性能,以北京地铁6号线新华大街站为工程背景,使用FLAC^3D软件建立土与地下结构三维有限差分动力模型,模拟其在新华大街人工波作用下的响应过程,重点分析了车站Y形柱和侧墙的加速度、位移、应变的规律,并与试验结果进行了对比分析,结果表明：数值模拟与振动台试验结果基本一致,体现出了相似的规律性;Y形柱加速度最大位置出现于柱顶端稍下位置,并非于柱顶端;Y形柱分叉位置处应变出现突变,此点相对于柱底的位移最大,且变化率较大,是抗震设计中需要加强的部位;Y形柱加速度、位移变化都会大于侧墙.上述研究成果对提高该类地铁车站结构抗震性能的认识及抗震设计水平提供了合理的参考与指导.     

大跨度Y形柱地铁车站结构地震反应研究

随着地铁建设的发展,出现了一种新型的结构形式—大跨度Y形柱地铁车站结构,与现有的地铁车站结构完全不同,其空间高大宽敞,环境舒适.为研究该新型地铁车站结构的抗震性能,以北京地铁6号线新华大街站为工程背景,使用FLAC~(3D)软件建立土与地下结构三维有限差分动力模型,模拟其在新华大街人工波作用下的响应过程,重点分析了车站Y形柱和侧墙的加速度、位移、应变的规律,并与试验结果进行了对比分析,结果表明:数值模拟与振动台试验结果基本一致,体现出了相似的规律性;Y形柱加速度最大位置出现于柱顶端稍下位置,并非于柱顶端;Y形柱分叉位置处应变出现突变,此点相对于柱底的位移最大,且变化率较大,是抗震设计中需要加强的部位;Y形柱加速度、位移变化都会大于侧墙.上述研究成果对提高该类地铁车站结构抗震性能的认识及抗震设计水平提供了合理的参考与指导.     

Characterization of the Dynamic Response of Structures to Damaging Pulse-type Near-fault Ground Motions

The presence of long-period pulses in near-fault records can be considered as an important factor in causing damage due to the transmission of large amounts of energy to the structures in a very short time. Under such circumstances high-energy dissipation demands usually occur, which are likely to concentrate in the weakest parts of the structure. The maximum nonlinear response or collapse often happens at the onset of directivity pulse and fling, and this time is not predicted by the natural structural vibration periods. Nonlinear response leading to collapse may in most cases occur only during one large amplitude pulse of displacement. From the study of the response of both linear and nonlinear SDOF systems, the effects of these distinctive long-period pulses have been assessed by means of : (i) synthetic parameters directly derived from the strong ground motion records, and (ii) elastic and inelastic spectra of both conventional and energy-based seismic demand parameters. SDOF systems have first been subjected to records obtained during recent earthquakes in near-fault areas in forward directivity conditions. The results indicate that long duration pulses strongly affect the inelastic response, with very high energy and displacement demands which may be several times larger than the limit values specified by the majority of codes. In addition, from the recognition of the fundamental importance of velocity and energy-based parameters in the characterization of near-fault signals, idealized pulses equivalent to near-fault signals have been defined on account of such parameters. Equivalent pulses are capable of representing the salient observed features of the response to near-fault recorded ground motions.     

计算近场地震作用下隔震结构支座破坏易损性曲线的概率凸集混合模型

用凸集模型模拟隔震结构参数的不确定性,而用随机模型模拟地震动输入的不确定性,提出了计算近场地震作用下在考虑双不确定性因素时隔震结构支座发生破坏的易损性曲线计算新方法;计算结果将给隔震支座力学参数的设计提供参考;通过计算对比可知,若不考虑结构参数不确定性将低估隔震支座破坏的地震易损性;对计算实例中基底最大位移敏感度分析发现,隔震支座的力学参数(如屈服力、屈服后刚度等)对基底最大位移影响较大,上部结构质量的影响次之,而上部结构的刚度对其影响不大;此外,本文的研究内容也为考虑结构参数和输入地震动双不确定性因素的情况下,计算各类结构地震易损性曲线提供了一种新的思路和途径。     

基于OpenSees平台的SMA被动阻尼器及其在斜拉桥减震中的应用

基于OpenSees平台编制形状记忆合金SMA(Shape Memory Alloys)可恢复材料的本构关系模型,并将其加入OpenSees材料库;提出一种SMA阻尼器,并将其安装在斜拉桥桥塔与主梁之间,通过数值分析研究SMA阻尼器初始刚度、屈服后刚度以及卸屈比变化对其减震性能的影响;进一步对比不同体系斜拉桥的破坏模式,分析SMA阻尼器对料拉桥抗震性能的改善,以及SMA阻尼器对斜拉桥残余变形的自恢复效果.     

地铁抗震设防水准的研究及北京地铁工程典型地段地震小区划

地铁作为人口密集且遭受地震破坏后难以修复的重要生命线工程,如何确保其地震安全具有越来越重要的意义。本文将以北京具有典型意义的地铁线路———北京地铁五号线作为研究目标,在对沿线地震、地质条件分析的基础上,通过分析研究在不同场地条件、不同风险水平和不同深度条件下的地震动参数和反应谱变化规律,确定了地铁工程的抗震设防概率风险水平为50 a超越概率63%、10%、2%,设计地震动参数取地表计算值。并通过北京地铁五号线工程地震小区划及分区反应谱特征研究,确定北京地铁五号线工程的抗震设防要求。     

Sizing the slenderness of free-standing rocking columns to withstand earthquake shaking

This paper investigates the problem of sizing the width of tall free-standing columns with a given height which are intended to rock, yet shall remain stable during the maximum expected earthquake shaking. The motivation for this study is the emerging seismic design concept of allowing tall rigid structures to uplift and rock in order to limit base moments and shears. The paper first discusses the mathematical characterization of pulse-like ground motions and the dimensionless products that govern the dynamics of the rocking response of a free-standing block and subsequently, using basic principles of dynamics, derives a closed-form expression that offers the minimum design slenderness that is sufficient for a free-standing column with a given size to survive a pulse-like motion with known acceleration amplitude and duration.     

单自由度体系地震动力响应的混沌特性分析

引入非线性动力学理论和混沌时间序列分析方法考察地震动作用下单自由度体系动力响应的混沌特性。输入典型近断层地震动记录,定量计算了代表性周期的单自由度弹性和非弹性体系加速度响应时程的非线性特性参数。计算表明,这些加速度响应的关联维数为分数维,最大Lyapunov指数大于0;地震动激励下单自由度体系的地震动力响应具有混沌特性,不是完全的随机信号,为理解结构地震动力响应的不规则性与复杂性提供了新思路和新视角。