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.     

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.     

联合极限状态下基于最大熵可靠度的易损性分析

考虑工程需求参数(EDP)的前四阶矩,提出基于最大熵可靠度理论的地震易损性分析方法.基于SAP2000建立钢筋混凝土框剪模型,选择最大层间位移角和最大层加速度衡量结构的联合性能极限状态,建立极限状态方程.不对EDP的分布进行人为假定,在不同峰值加速度(PGA)下计算两种EDP的前四阶矩,并作为约束条件,建立极限状态方程...     

基于放大式节点阻尼器的框架结构抗震性能研究

针对普通节点阻尼器在层间位移角较小时无法充分发挥阻尼器性能的问题,基于杠杆原理提出一种新型位移放大式节点阻尼器。首先介绍阻尼器的基本构造、工作原理并建立数值模型;然后建立含阻尼器的多尺度框架模型,开展结构静、动力弹塑性分析,探讨位移放大阻尼器与无放大阻尼器对框架结构抗震性能的影响。研究结果表明:放大式节点阻尼器耗能能力为无放大阻尼器的5.7倍;在多遇及罕遇地震作用下,相比布置无放大阻尼器的框架结构,布置放大式节点阻尼器的框架结构基底剪力响应分别减少13%、6%,层间位移角分别减少13%、11%,有效提升了结构的抗震性能。     

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．     

基于块体单元离散模型的地铁车站爆炸破岩与防护研究

地铁已成为大、中型城市主要交通工具,然而地铁车站一直是恐怖爆炸袭击的重点对象,直接影响地铁运营安全,增强地铁车站结构防护抗爆能力至关重要.本文采用理论分析、数值模拟相结合的研究方法,利用单元内连续、单元间非连续的计算方法,构建块体单元离散弹簧动力学模型,建立地铁车站三维计算模型,模拟地铁车站内部爆炸状况,研究爆炸波空间传播和耗散规律及对构筑物破坏作用;分析低能爆炸作用下车站支柱混凝土、钢管护层混凝土和泡沫钢板夹芯护层混凝土抗爆性能,根据不同防护结构衰减应力波和吸能性能,优化地铁车站构筑物防护结构型式,提高车站抗爆能力,具有重要的实际应用价值.     

线性粘滞阻尼耗能框架结构地震反应分析与优化

振动方程阻尼矩阵对于布置了阻尼器框架结构的振型不再具有正交性,传统的振型解耦法已不再适合于该振动方程的求解。本文采用状态方程直接积分法,研究了线性粘滞阻尼耗能框架结构的地震响应,并与SAP2000有限元软件的分析结果进行了对比,两者误差在5%以内;本文也探讨了阻尼器布置方式对框架结构地震响应的影响。结果表明:减震结构布置阻尼器的楼层,其层间位移角减小较显著;但未布置阻尼器的楼层,其层间位移角较大,甚至会出现层间位移角超过传统抗震结构相应值的现象,因此粘滞阻尼器在结构中应连续布置,不宜在结构中间断;当粘滞阻尼器在结构各楼层均匀布置时,结构各楼层最大位移反应相对传统抗震结构降低很多,约为抗震结构的20%~40%,减震效果较显著,但各楼层阻尼系数可根据均匀布置阻尼器的结构层间位移角优化;阻尼系数优化后,结构各楼层层间位移角差别减小,较为均匀。本文最后提出了线性粘滞阻尼耗能结构地震作用的实用计算方法。     

基于动态极限位移的挢梁首超失效机制

本文通过桥梁结构的动态极限位移分析,建立了在变形能力极限状态下,以动态极限位移为判据的桥梁体系首超失效机制。据此,可在滞回面积和失效概率等效的条件下,用库仑线性模型代替非线性恢复力的双线性模型分析桥梁结构变形能力抗震可靠度,从而克服了概率运算上的一些困难,进一步提高了桥梁抗震动力可靠度分析方法的实用性。     

全局性能水准与构件局部损伤状态

传统的最大层间位移作为一个全局性的性能指标,超出给定的性能极限状态阈值就不能映射构件局部损伤状态。本文基于能量平衡原理,将塑性能量耗散和塑性铰的等效能相比得到累积塑性应变,将累积塑性应变这一反映局部损伤状态的损伤指标作为工程需求参数,假定一系列累积塑性应变阈值建立局部构件的易损性曲线族。以传统的最大层间位移作为反映全局性能水准的工程需求参数,建立结构全局性能极限状态下的易损性曲线。对比全局和局部易损性曲线,发现全局性能水准和局部构件损伤状态之间存在良好的相关性,通过易损性曲线的吻合程度可获得给定全局性能水准相对应的累积塑性应变阈值。进而也建立起全局性能指标与局部损伤状态的映射关系。基于累积塑性应变的机构易损性分析是一种更精确的易损性分析方法。     

全局性能水准与构件局部损伤状态相关性研究

传统的最大层间位移作为一个全局性的性能指标,超出给定的性能极限状态阈值就不能映射构件局部损伤状态。本文基于能量平衡原理,将塑性能量耗散和塑性铰的等效能相比得到累积塑性应变,将累积塑性应变这一反映局部损伤状态的损伤指标作为工程需求参数,假定一系列累积塑性应变阈值建立局部构件的易损性曲线族。以传统的最大层间位移作为反映全局性能水准的工程需求参数,建立结构全局性能极限状态下的易损性曲线。对比全局和局部易损性曲线,发现全局性能水准和局部构件损伤状态之间存在良好的相关性,通过易损性曲线的吻合程度可获得给定全局性能水准相对应的累积塑性应变阈值。进而也建立起全局性能指标与局部损伤状态的映射关系。基于累积塑性应变的机构易损性分析是一种更精确的易损性分析方法。     

大跨空间结构地震反应分析方法研究应用现状

大跨度空间结构动力特性复杂,在基于性能的空间结构抗震设计背景下,发展和完善大跨度空间结构的地震反应分析方法至关重要．在阐述大跨度空间结构动力特性的基础上,归纳了振型分解反应谱法、动力时程分析法、增量动力分析法、静力推覆分析法和随机振动分析法的研究与应用现状,分析并指出了每种方法在应用中面临的主要问题．最后,指出了大跨度空间结构地震反应分析方法研究中应注意的问题．     

考虑地基侧向永久位移的钢筋混凝土框架结构地震反应分析

定量评价场地破坏对建筑物震害的影响是一个亟需解决的难点问题,现阶段结构震害预测以及灾情再现等震害防御技术中多未考虑场地破坏的影响。地基侧向永久位移（变形）是场地破坏的一种典型破坏形式,往往会引起较严重的建（构）筑物震害。采用OpenSees软件构建一个简化的6层2跨钢筋混凝土框架结构模型,通过输入不同强度且含有永久位移的位移时程,模拟地震中地基侧向永久位移对结构震害的影响。分析结果显示：（1）地基侧向永久位移对结构底层的最大层间位移角起控制作用,即使地基产生0.05 m的侧向永久位移,在地震动强度小于0.4g情况下,底层的最大层间位移角远大于地基未发生永久位移的工况;在地震动强度为0.4g时,结构的最大层间位移角发生在第二层,此时地震动强度决定结构的破坏状态;（2）地基发生0.1 m的永久位移时,永久位移对结构的破坏等级起决定性影响,且影响主要体现在底层的层间位移角,对其他楼层破坏等级影响较小;（3）通过简化模型的数值计算,分析地基侧向永久位移对结构震害等级的影响,解释了地震中场地破坏多会加重房屋结构震害的现象。     

基于变形和累积耗能的型钢再生混凝土柱地震损伤模型研究

为研究型钢再生混凝土柱地震损伤性能,本文依据17个试件低周反复荷载试验研究结果,将型钢再生混凝土柱划分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和防止倒塌五个状态水平;以层间位移角作为该柱抗震性能控制指标,对试验数据进行数理统计分析,确定型钢再生混凝土柱不同性能水平下量化指标取值;结合型钢再生混凝土柱受力特征,对修正的ParkAng损伤模型进行改进,确定构件单调荷载下极限变形计算方法;采用多变量回归方法得到耗能因子的计算式,并分析设计参数对型钢再生混凝土柱耗能能力的影响规律,最终建立型钢再生混凝土柱基于变形和累积耗能的地震损伤模型,结果表明:型钢再生混凝土柱在破坏状态时的损伤指标计算平均值为0.986,接近1.0,离散性较小;故该损伤模型用于评价型钢再生混凝土柱的地震损伤性能是可行的;在此基础上,建立了型钢再生混凝土柱不同状态水平与损伤指数的对应关系,并确定了相应的损伤指数取值。上述结论可为型钢再生混凝土柱的抗震性能设计和地震损伤评估提供参考。     

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．     

基于三线性分灾模型的结构多目标抗震优化设计

基于分灾抗震设计概念,发展了基于三线性分灾模型的结构多目标优化设计方法。以防屈曲支撑为分灾构件的框架结构为例,针对分灾构件设计参数,采用多目标遗传算法进行分灾结构多目标优化设计。最终得到了分灾框架结构分灾构件用量和层间位移角等重要特性的多目标优化关系,并进行了相关讨论。结果表明,结构多目标分灾优化模型可以综合考虑结构造价和抗震性能等,并可以根据目标偏好有效地满足设计需求;分灾构件对抗震性能的作用随着震级增大而增强,使用分灾构件的结构能够更好地抵御强震的作用。     

竖向载荷对半刚性连接钢框架抗震性能的影响

利用拟动力试验对T 型钢半刚性连接钢框架在2 种地震峰值加速度下的抗震性能进行研究, 并对比分析了钢框架在柱顶施加竖向载荷和无竖向载荷等2 种工况下的应变、位移和载荷变化, 以及载荷-位移滞回曲线. 结果表明: T 型钢半刚性连接钢框架具有较好的变形能力, 滞回性能良好, 抗震能力较强, 且随着地震作用的增大, 钢框架的动力反应增大; 竖向载荷对钢框架的层间位移反应影响较大, 而对节点区域的应变和层间载荷的影响较小.     

新型节点阻尼器对框架结构静力弹塑性性能的影响

为解决小位移下传统节点阻尼器不能充分发挥其耗能能力问题,开发出了基于杠杆原理的新型放大式阻尼器,以实现小位移高耗能。本文首先介绍了阻尼器基本构造及其工作原理,给出了阻尼器的力学模型,并基于数值模拟结果探讨放大式阻尼器的效果;再基于混凝土框架结构的静力弹塑性分析,主要对比有控结构中布置放大式阻尼器和无放大式阻尼器时的能力曲线、性能点、层间位移、层间位移角及塑性铰分布。研究结果表明:与无放大式阻尼器对比,布置放大式阻尼器的承载力增幅在10.0%左右;性能点对应剪力和位移减幅分别提高2.3%～3.1%和10.4%～12.3%;最大层间位移及薄弱层层间位移角减幅分别提高12.7%～15.0%和9.5%～11.2%。研究结果证明放大式阻尼器相比无放大式阻尼器效果更为显著。     

平面刚架弹塑性大位移分析的多刚体离散元法

本文基于多刚体－弹簧系统模型，给出了求解平面刚架结构弹塑性、大位移极限承载力分析的多刚体离散元法。文中首先推导了多刚体离散元法在总体坐标下的切线刚度阵，建立多刚体离散元法的增量平衡方程；而后推导了多刚体离散元的弹塑性弹簧系数矩阵，建立了多刚体离散元内力屈服面塑性铰法的增量求解格式，成功地进行了平面钢框架的弹塑性、大位移极限承载力分析。计算结果与其他数值方法或实验结果吻合良好，显示了多刚体离散元方法进行结构极限承载力分析这一复杂问题的优越性     

新型PEC柱(强轴)-钢梁(RBS)组合框架层间倒塌机理试验研究

结构抗倒塌性能是维系结构震后整体性和实现"大震不倒"设计标准的关键所在。为研究新型PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)组合框架结构的层间子结构倒塌机理,按1∶2缩尺比例设计制作1榀组合框架层间子结构试件并进行拟静力抗震试验。基于试验现象记录和测试数据整理,分析了试件的破坏过程、滞回特性、水平抗侧刚度退化、耗能能力、水平侧移模式与塑性破坏机构等抗震性能。研究结果表明:对穿螺栓连接实现了节点区混凝土斜压带传力模式,且梁端截面削弱使梁端出现塑性铰远离节点区,较好满足了"强节点弱构件"的抗震要求;试件位移延性系数μ_u=4.36,最大等效黏滞阻尼比(ζ_(eq))_(max)=0.344,具有较好的抗震延性和耗能能力;试件水平抗侧刚度沿高度分布均匀,呈现理想倒三角形侧移模式;试件最终破坏模式为梁端削弱截面屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构,且其承载力下降到极限承载力85%时,对应层间相对侧移和节点转角均超过罕遇地震作用下层间侧移限值1/30,试件具有良好的抗倒塌能力。