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土-上盖一体化地铁车站结构耦合作用下振动台试验研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2021年第9期48卷 30-42页

作者：韩学川陶连金张宇史明城市与工程安全减灾教育部重点实验室(北京工业大学) 北京100124

为研究上盖一体化地铁车站结构的地震响应规律,以轨道交通地上-地下一体化结构体系和单体地铁车站结构体系为研究对象,开展了粉细砂场地振动台试验研究.分别从加速度和应变两方面对地铁车站结构部分进行地震响应研究,并将两种试验结果... 详细信息

为研究上盖一体化地铁车站结构的地震响应规律,以轨道交通地上-地下一体化结构体系和单体地铁车站结构体系为研究对象,开展了粉细砂场地振动台试验研究.分别从加速度和应变两方面对地铁车站结构部分进行地震响应研究,并将两种试验结果进行对比.试验结果表明:1)上盖一体化地铁车站结构振动台试验模型土体和结构相同监测点的加速度峰值随着输入地震强度的增加逐渐增大,而加速度放大系数则逐渐减小,测点加速度沿埋深的变化规律与地震动类型有关;2)上盖一体化地铁车站结构的拉应变幅值随着地震强度的增加呈逐渐增大的趋势,模型中柱端部的拉应变幅值最大,侧墙次之,楼板最小;3)上盖一体化地铁车站结构的加速度和应变均小于单体地铁车站结构,其中,加速度变化规律大致相同,应变幅值差异随着地震强度的增加逐渐增大,而差异增幅呈现逐渐减小并收敛的趋势.

关键词：上盖一体化结构地震响应数值分析振动台试验加速度

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摩擦摆隔震地铁车站结构地震响应规律研究

防灾减灾工程学报 2024年第1期44卷 146-155页

作者：韩学川陶连金解咏平河北地质大学城市地质与工程学院河北石家庄050031 河北省地下人工环境智慧开发与管控技术创新中心河北石家庄050031 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

基于ABAQUS软件建立土-隔震地铁车站结构静-动力耦合三维数值仿真模型,以典型两层两跨箱型结构为研究对象,将摩擦摆隔震支座应用于地铁车站结构,通过在中柱不同位置布置隔震支座,研究隔震地铁车站的地震响应规律和减隔震效果。结果表明:... 详细信息

基于ABAQUS软件建立土-隔震地铁车站结构静-动力耦合三维数值仿真模型,以典型两层两跨箱型结构为研究对象,将摩擦摆隔震支座应用于地铁车站结构,通过在中柱不同位置布置隔震支座,研究隔震地铁车站的地震响应规律和减隔震效果。结果表明:(1)摩擦摆隔震支座能够增大车站侧墙和板的相对水平位移以及中柱的绝对水平位移且能够有效减小中柱的相对水平位移;从控制结构中柱相对水平位移方面考虑,单支座隔震地铁车站结构应将隔震支座布置于车站底层中柱底部位置,而双支座隔震地铁车站结构应布置于车站顶层和底层中柱柱底位置;(2)摩擦摆隔震支座能够降低隔震层中柱的应力,隔震支座布置于顶层时,其对底层各构件的应力影响较小;隔震支座布置于底层时,最大应力出现在侧墙底部位置且能够有效减小隔震层中柱应力集中的现象;(3)摩擦摆隔震支座能够有效降低隔震层中柱的剪力和弯矩,而对于非隔震层中柱内力的降低则效果不佳;从控制结构中柱内力方面考虑,双隔震支座结构优于单隔震支座结构。

关键词：摩擦摆隔振支座动力特性地震响应数值模拟地铁车站

跨活动断裂带城市浅埋地铁隧道结构两阶段设计方法研究

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中南大学学报（自然科学版） 2020年第9期51卷 2558-2570页

作者：安韶陶连金边金张宇韩学川北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室北京100124 广东海洋大学海洋工程学院广东湛江524008

考虑到活动断裂带场地错动危险发生的不确定性,以乌鲁木齐轨道交通2号线工程为例,提出适用于断层错动作用下城市浅埋地铁隧道结构的两阶段设计方法。首先给出错动作用下城市浅埋地铁隧道的两阶段设计内容,其次建立三维弹塑性有限元模型... 详细信息

考虑到活动断裂带场地错动危险发生的不确定性,以乌鲁木齐轨道交通2号线工程为例,提出适用于断层错动作用下城市浅埋地铁隧道结构的两阶段设计方法。首先给出错动作用下城市浅埋地铁隧道的两阶段设计内容,其次建立三维弹塑性有限元模型,并按照包络设计原则确定最不利错动面,最后对区间隧道结构进行不同设计阶段的损伤破坏分析。研究结果表明:在错动作用下,两阶段设计水准要求与抗震设防水准保持一致。乌鲁木齐地铁2号线区间隧道上盘与破碎带交界面为最不利错动面;采用柔性接头减灾措施以后,在区间隧道进行100 a内超越概率为10%的错动量分析时,结构处于弹性状态或部分处于弹塑性状态,满足第一阶段设防水准要求。在进行100 a内超越概率为3%~2%的错动量分析时,结构的破坏控制在局部区域内,防止了整体倒塌,满足第二阶段设防水准要求。

关键词：断层错动地铁隧道两阶段设计方法最不利错动面

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上盖地铁车站结构振动台试验对比研究

振动与冲击 2021年第24期40卷 65-74页

作者：韩学川陶连金张宇贾志波北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

为了研究上盖地铁车站结构的地震响应规律,以两种地铁上盖结构体系为研究对象,开展了粉细砂场地振动台试验研究,分别从加速度和应变两方面对地铁车站结构部分进行地震响应研究,并将两种试验结果进行对比。试验数据表明:①两种试验模型... 详细信息

为了研究上盖地铁车站结构的地震响应规律,以两种地铁上盖结构体系为研究对象,开展了粉细砂场地振动台试验研究,分别从加速度和应变两方面对地铁车站结构部分进行地震响应研究,并将两种试验结果进行对比。试验数据表明:①两种试验模型土监测点的加速度峰值随着输入地震强度的增加逐渐增大,而加速度放大系数则逐渐减小,加速度放大系数变化幅度随地震强度的增大而逐渐减小;②与上盖一体化地铁车站结构相比,上盖密贴地铁车站中柱上部监测点的加速度峰值和放大系数相对较小,而底部监测点则相对较大;③上盖地铁车站各测点的应变幅值表现为随着输入地震强度的增加逐渐增大;当地震强度较小时,两种试验工况下应变幅值相差较小;当地震强度较大时,上盖一体化地铁车站结构的应变增幅明显大于上盖密贴地铁车站结构。研究成果可为上盖地铁车站结构的抗震设计与分析提供参考依据。

关键词：上盖地铁车站结构地震响应数值分析振动台试验自由场

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地铁车站结构下穿地表建筑地震响应分析

地下空间与工程学报 2021年第2期17卷 488-495页

作者：韩学川陶连金安韶张宇北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

基于ABAQUS软件建立了地表结构土下穿地铁车站结构大型三维有限元数值模型,数值分析了下穿地铁车站结构在不同类型地震波作用下的地震响应规律,并将下穿一体化地铁车站结构与下穿密贴地铁车站结构计算结果进行对比分析,探讨了下穿地铁... 详细信息

基于ABAQUS软件建立了地表结构土下穿地铁车站结构大型三维有限元数值模型,数值分析了下穿地铁车站结构在不同类型地震波作用下的地震响应规律,并将下穿一体化地铁车站结构与下穿密贴地铁车站结构计算结果进行对比分析,探讨了下穿地铁车站结构的地震响应特性。结果表明:下穿密贴地铁车站结构的整体性相对较差,车站结构与上部结构出现了滑移现象,车站顶层层间相对水平位移较小,其余层的层间相对水平位移较大;下穿一体化地铁车站结构受力相对较大,各构件连接处及各层中柱依然是抗震设防的重要部位,建议下穿地铁车站中柱采用高强高延性的钢管混凝土柱或型钢混凝土组合柱;中远场地震波能够对中软土场地中下穿地铁车站结构的位移、加速度和内力等动力特性产生显著的影响。

关键词：下穿地铁车站结构地震响应数值分析整体性

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逆断层错动作用下地铁隧道结构损伤分析

湖南大学学报（自然科学版） 2020年第7期47卷 147-156页

作者：安韶陶连金边金韩学川吴晓娲北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室北京100124 广东海洋大学海洋工程学院广东湛江524008

以乌鲁木齐地铁隧道穿越西山活动逆断层工程为例,建立三维弹塑性有限元模型.首先模拟分析了逆断层错动作用下隧道二次衬砌塑性应变发展过程,拉压损伤因子、剪切应变的横向及纵向分布规律,计算了混凝土的裂缝宽度;其次研究了不同错动位... 详细信息

以乌鲁木齐地铁隧道穿越西山活动逆断层工程为例,建立三维弹塑性有限元模型.首先模拟分析了逆断层错动作用下隧道二次衬砌塑性应变发展过程,拉压损伤因子、剪切应变的横向及纵向分布规律,计算了混凝土的裂缝宽度;其次研究了不同错动位移、隧道底部距围岩交界面不同垂直距离及不同破碎带宽度的结构损伤规律,最后进行了设置柔性接头的减灾效果研究.结果表明:二次衬砌结构破坏首先出现在拱顶;然后是拱底,最后在拱腰处累积.破裂面附近拱腰处发生拉压剪的共同破坏;远离破裂面上盘拱顶,破碎带拱底处发生受拉破坏;远离破裂面上盘拱底,破碎带拱顶处发生受压破坏.基于混凝土裂缝得到隧道拉裂破坏的严重与轻微受损区分别为10 m和30 m.错动位移越大,结构受损越严重;隧道底部距围岩交界面垂直距离越大,土层越厚,耗散能量越多,结构受损越轻;破碎带宽度越大,隧道破坏越严重,当破碎带宽度达到26 m时,破碎带宽度对隧道的影响基本保持稳定.设置柔性接头可以显著降低结构的损伤,基本满足在设防错动位移下的设计要求.

关键词：逆断层地铁隧道损伤分析影响因素柔性接头

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地铁车站结构下穿地上建筑物振动台试验研究

地下空间与工程学报 2024年第1期20卷 143-151页

作者：韩学川陶连金张宇解咏平河北地质大学城市地质与工程学院石家庄050031 河北省地下人工环境智慧开发与管控技术创新中心石家庄050031 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

为了研究上盖地铁车站结构的地震动力响应规律,开展了相似比1∶40的粉细砂场地振动台试验研究,并对试验过程中加速度、应变和动土压力等指标进行了详细的分析,试验数据表明:(1)随着地震强度的增加,同一监测点的加速度峰值逐渐增大,但加... 详细信息

为了研究上盖地铁车站结构的地震动力响应规律,开展了相似比1∶40的粉细砂场地振动台试验研究,并对试验过程中加速度、应变和动土压力等指标进行了详细的分析,试验数据表明:(1)随着地震强度的增加,同一监测点的加速度峰值逐渐增大,但加速度的放大系数和变化幅度逐渐减小;(2)土体加速度放大系数最大值位于地表,随着地震强度的增加,加速度放大系数最小值的位置逐渐由模型底部过渡到结构所在位置;(3)模型结构的应变响应随地震强度的增加呈逐渐增大的趋势,应变较大值主要出现在侧墙、中柱与板相交处,尤其是中柱端部位置;(4)地铁车站侧墙跨中的动土压力峰值大于顶部和底部,应适当增大车站中板位置处的侧向刚度或抗变形能力。研究成果可为类似地铁车站结构的抗震设计与分析提供参考依据。

关键词：地铁车站结构地震响应加速度振动台试验动土压力

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大跨斜撑无柱地铁车站结构地震响应分析

地下空间与工程学报 2022年第5期18卷 1714-1723,1741页

作者：陶连金吴尚丁鹏石城韩学川北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 清华大学水利水电工程系北京100084

为研究大跨斜撑无柱地铁车站地震响应特性,基于三维静-动力耦合非线性有限元模型,分析在不同地震动作用方向下的地震响应规律,揭示结构地震损伤演化过程。分析表明:设防地震和罕遇地震作用下车站结构的最大层间位移角分别为1/1352和1/6... 详细信息

为研究大跨斜撑无柱地铁车站地震响应特性,基于三维静-动力耦合非线性有限元模型,分析在不同地震动作用方向下的地震响应规律,揭示结构地震损伤演化过程。分析表明:设防地震和罕遇地震作用下车站结构的最大层间位移角分别为1/1352和1/602,满足规范要求;地震作用对斜撑轴力、侧墙端部剪力和底板跨中弯矩的放大作用显著;随输入地震动强度的增加车站顶板加速度放大系数依次减小,竖向地震动对相对竖向位移的影响不可忽视;斜撑两端、墙板交界处和开窗周围区域是结构的抗震薄弱部位;强震作用下,车站结构塑形损伤积累且地震动空间效应显著,宜按空间问题进行抗震分析。研究成果可为类似结构的抗震设计与分析提供参考。

关键词：大跨无柱结构地震响应塑性损伤空间效应

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上盖一体化地铁车站结构非线性地震响应分析

防灾减灾工程学报 2022年第4期42卷 788-795页

作者：韩学川陶连金安韶史明北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

基于ABAQUS软件建立了地下地铁车站-土-上盖建筑一体化结构大型三维有限元数值模型,计算分析了上盖一体化地铁车站结构的地震响应规律和破坏机理,探讨了上盖一体化地铁车站结构与单体车站结构地震响应的差异。结果表明:地铁上盖一体化... 详细信息

基于ABAQUS软件建立了地下地铁车站-土-上盖建筑一体化结构大型三维有限元数值模型,计算分析了上盖一体化地铁车站结构的地震响应规律和破坏机理,探讨了上盖一体化地铁车站结构与单体车站结构地震响应的差异。结果表明:地铁上盖一体化结构体系各阶自振频率与自由场地较为接近,地铁上盖结构的存在对场地动力特性的影响较小;强震作用下,一体化地铁车站结构的损伤破坏区域主要是车站各层楼板和墙柱的交接位置,尤其是中柱和侧墙顶底部的损伤最为严重;单体车站与上盖一体化地铁车站结构地震响应规律存在一定差异,上盖一体化地铁车站结构的地震反应略小,其中,上盖地铁车站结构的地震响应同时受上盖结构和周围土体介质的影响,上盖结构对上盖地铁一体化区域的影响显著,周围土体对上盖地铁非一体化区域的影响显著。

关键词：一体化结构地震响应破坏机理地铁上盖结构