Исследование по анализу сейсмической уязвимости системы взаимодействия насыщенного мягкого грунта и конструкций станции метрополитена

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7410 (2023) Цитировать эту статью

711 Доступов

Подробности о метриках

В работе исследована сейсмическая уязвимость системы взаимодействия насыщенного мягкого грунта и конструкций станции метрополитена. Связанные нелинейные численные модели системы взаимодействия были созданы с использованием u-p-формулировки теории Био для описания насыщенных двухфазных сред. Разработана уточненная конечно-элементная модель системы взаимодействия для изучения ее нелинейных сейсмических реакций и механизма сейсмической опасности. В этом исследовании для почвы была принята многопрофильная упругопластическая конститутивная модель, а для конструкции использовалась упругопластическая конститутивная модель сечения волокна. Сейсмический отклик конструкции рассчитывался путем ввода искусственной сейсмической волны, полученной методом спектрально-треугольных рядов мощности. В качестве конструктивного параметра конструкции станции метрополитена был принят максимальный угол межэтажного смещения. Структурное облако спроса было получено при случайных последовательностях движений грунта. На основе метода вероятностного анализа модели сейсмической потребности была построена кривая сейсмической уязвимости конструкции станции метро и проанализирована кривая сейсмической уязвимости по уязвимости эксплуатационных параметров. С увеличением прочности грунта индекс уязвимости конструкции станции метрополитена при различных пиковых ускорениях движения грунта соответственно уменьшался. Основываясь на приведенной выше теории уязвимости и методах анализа, из приведенной выше теории уязвимости и методов анализа можно сделать вывод, что конструкция станции метро с установленной глубиной заглубления на участке насыщенного мягкого грунта демонстрирует определенную степень безопасности и надежности и может соответствовать сейсмическим требованиям. Цель укрепления - «отсутствие повреждений при небольших землетрясениях, ремонтопригодность при средних землетрясениях и отсутствие обрушений при сильных землетрясениях». Результаты анализа уязвимости соответствуют реальным сейсмическим исследованиям, а метод анализа уязвимости, предложенный в этой статье, может быть применен к анализу уязвимости подземных сооружений на насыщенном мягком грунтовом основании.

Сейсмическая оценка подземных сооружений является одной из сложных задач инженерного проектирования. Это связано с тем, что обычно существует множество источников неопределенностей в отношении горных пород и возможных характеристик землетрясений. Таким образом, это новая тема в оценке динамической надежности конструкций, поврежденных землетрясением1. Анализ сейсмической уязвимости впервые был применен при исследовании сейсмических характеристик атомных электростанций в 1970-х годах. Хотя, по мере постоянного совершенствования и развития метода вероятностного анализа сейсмической уязвимости, основанного на характеристиках, он постепенно стал применяться для сейсмических исследований других инфраструктур. В качестве метода оценки сейсмических характеристик сооружений анализ сейсмической уязвимости может определить ожидаемое повреждение сооружений или потенциальную сейсмическую опасность, а также количественно оценить сейсмические характеристики сооружений, то есть количественно описать достижение заранее определенных целевых показателей сейсмических характеристик сооружений под различные уровни сейсмической защищенности. Очень важно проанализировать сейсмическую уязвимость, спрогнозировать вероятность их повреждения на всех уровнях при различных уровнях землетрясений, а затем оценить их сейсмические характеристики и предложить меры по снижению сейсмичности и изоляции для сейсмического проектирования подземных сооружений. Хотя сейсмическое проектирование, основанное на характеристиках, было включено в действующий кодекс сейсмического проектирования подземных сооружений метрополитена, процесс его проектирования и оценки все еще недостаточно развит и требует дальнейших исследований2.

В настоящее время анализ сейсмической уязвимости состоит в основном из эмпирического метода и метода теоретического анализа. Из-за ограничений условий эмпирическая кривая уязвимости применима только к ситуации, аналогичной источнику данных. Сейсмическая реакция подземных сооружений варьируется в зависимости от сейсмической среды и условий площадки, поэтому эмпирические кривые уязвимости трудно обобщить. Метод теоретического анализа представляет собой многократный расчет сейсмической реакции подземных сооружений, который в конечном итоге синтезируется методом регрессии. Обычно используемые методы расчета включают метод спектра отклика, метод нелинейного статического анализа и метод нелинейного анализа временной диаграммы.