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第1章 轨道交通结构震害与抗震设计概况 1

1.1 轨道交通地上结构震害 1

1.1.1 轨道交通地上结构主体构件震害 1

1.1.2 轨道交通桥梁支座震害 7

1.2 地下结构震害 13

1.3 列车地震脱轨震害 19

1.4 轨道交通结构抗震设计概况 21

1.4.1 震害现象分析 21

1.4.2 建模与计算方法 23

1.4.3 抗震措施与技术 24

1.4.4 城市轨道交通结构抗震设计规范概况 25

参考文献 26

第2章 抗震计算基本理论 28

2.1 有限域土-结构地震相互作用体系运动方程 28

2.1.1 有限域土-结构地震相互作用模型 28

2.1.2 运动方程 28

2.2 线弹性运动方程求解的直接积分法 31

2.2.1 线性单自由度振动方程求解的一次多项式内插方法 32

2.2.2 线性单自由度振动方程求解的三次多项式内插方法 33

2.2.3 单自由度振子的差分算法 34

2.2.4 Newmark方法族 34

2.2.5 小结 35

2.3 线弹性运动方程求解的向量叠加法 37

2.3.1 结构的自由振动频率与振型 37

2.3.2 振型向量叠加法 37

2.3.3 单一荷载空间分布模式的LDR叠加方法 38

2.3.4 多荷载空间分布模式的LDR叠加方法 39

2.3.5 向量叠加法计算效率的比较 40

2.4 非线性动力学方程求解 42

2.4.1 增量直接积分方法 42

2.4.2 基于LDR缩减模型的快速非线性动力分析 42

2.5 振动阻尼 44

2.5.1 阻尼参数的实测 44

2.5.2 材料的物理阻尼模型 46

2.5.3 数学阻尼模型 48

2.5.4 复杂结构阻尼比确定的模态应变能比值法 49

2.6 土体水平计算域尺度 50

2.6.1 案例基本参数 50

2.6.2 侧向边界处置方式的影响 53

2.6.3 土体阻尼对水平计算尺度的影响 56

2.6.4 结构尺度对水平计算尺度的影响 61

2.6.5 地震动特性对水平计算尺度的影响 63

2.6.6 B/H的工程设计取值 65

2.7 底边界与地震动输入 67

2.7.1 场地反应分析中等效基岩面的确定 67

2.7.2 土-结构相互作用分析中计算模型底边界的设置 67

2.7.3 包含地下结构的深厚覆盖土层 71

2.7.4 包含地下结构的浅薄覆盖土层 73

参考文献 76

第3章 地上结构抗震计算 78

3.1 地上结构抗震计算建模概要 78

3.1.1 高架区间与高架车站整体构造 78

3.1.2 道床结构形式 80

3.1.3 抗震建模概要 80

3.2 轨道扣件 81

3.2.1 简述 81

3.2.2 纵向单向静力拉伸试验 82

3.2.3 双向拉压拟静力循环加载试验 83

3.2.4 纵向双向拉压变频动力加载试验 87

3.2.5 纵向循环加载下的滞回特征 90

3.3 道床系统建模 93

3.3.1 板式整体道床 93

3.3.2 支承块-承轨台道床 94

3.3.3 弹性支承块-承轨台道床 95

3.4 支座 96

3.4.1 简述 96

3.4.2 支座的力-位移关系模型 98

3.4.3 支座破坏后的力学模型 100

3.5 结构-桩-土地震相互作用的集中参数模型 102

3.5.1 结构-桩-土地震相互作用集中参数模型概要 102

3.5.2 拖曳元件 105

3.5.3 缝隙元件 106

3.5.4 土材料元件 107

3.5.5 宏单元综合力学行为 109

3.5.6 群桩效应 111

3.5.7 桩-土地震相互作用集中参数模型的规范化考虑 111

3.6 刚性基础-土地震相互作用模型 117

3.6.1 刚性基础集中参数模型 117

3.6.2 刚性基础集中参数模型的等效地震动输入 120

3.7 轨道-扣件-梁简化耦合建模 122

3.7.1 轨道约束对高架区间地震反应的影响 122

3.7.2 考虑轨道约束影响的简化建模方法 129

3.8 弹性反应谱方法 131

3.8.1 反应谱的定义 131

3.8.2 一致地震动输入下的振型组合方法 132

3.8.3 多点地震动输入下的振型组合方法 133

3.8.4 多方向地震动输入下的反应谱组合 135

3.9 弹塑性反应谱方法 141

3.9.1 基本方法 141

3.9.2 应用案例 144

3.10 车辆-桥梁地震相互作用 148

3.10.1 引言 148

3.10.2 车辆-轨道-桥梁-基础-地基耦合系统地震相互作用全局分析模型 150

参考文献 155

第4章 地下结构抗震计算 158

4.1 地下结构构造及抗震建模 158

4.1.1 横断面 158

4.1.2 连接构造 160

4.1.3 抗震建模概要 164

4.2 地下结构连接部位抗震建模 166

4.2.1 盾构法隧道接头抗震建模 167

4.2.2 沉管法隧道接头抗震建模 170

4.3 横向抗震静力计算方法 172

4.3.1 概述 172

4.3.2 横向反应位移法 172

4.3.3 反应加速度法 175

4.3.4 精度比较 178

4.4 纵向抗震计算方法 181

4.4.1 纵向解析方法 182

4.4.2 纵向多质点-弹簧方法 184

4.4.3 纵向反应位移法 186

4.4.4 算例 188

4.5 断层效应 191

4.5.1 断层及其震害 191

4.5.2 断层效应的计算方法 192

4.5.3 算例 194

4.6 重力的影响 198

4.6.1 重力对土体性质的影响 198

4.6.2 重力对地震反应影响的计算方法 199

4.6.3 重力影响的案例分析 202

参考文献 207

第5章 基于性能的抗震设计 210

5.1 基于性能抗震设计方法概要 210

5.1.1 基于性能抗震设计思想产生的背景 210

5.1.2 基于性能抗震设计规范的发展概况 211

5.2 性能目标 215

5.2.1 抗震设防类别 215

5.2.2 抗震设防水准 217

5.2.3 抗震性能等级 220

5.2.4 抗震设防目标 225

5.3 规范化设计地震动参数 228

5.3.1 美国《公路桥梁抗震设计指南》地震动参数的描述方式 228

5.3.2 日本道路和铁路抗震设计规范关于设计地震动的规定 230

5.3.3 欧洲规范设计地震动参数的描述方式 234

5.3.4 《城市轨道交通结构抗震设计规范》的设计地震动参数 236

5.3.5 规范设计地震动参数的应用方法 238

5.4 基于性能的抗震需求计算方法 239

5.4.1 概述 239

5.4.2 振型线性静力分析方法 239

5.4.3 振型非线性静力分析方法 241

5.4.4 能力谱方法 243

5.4.5 基于位移的振型非线性静力分析方法 246

5.4.6 增量动力分析 247

5.4.7 简评 249

5.5 基于性能的抗震概念设计 250

5.5.1 能力设计原则 250

5.5.2 AASHTO抗震设计指南中的性能控制基本原则 251

5.5.3 日本抗震设计规范中的性能控制基本原则 254

5.5.4 新西兰桥梁抗震规范 255

5.6 小结 257

参考文献 257

第6章 抗震性能指标和等级 260

6.1 钢筋混凝土柱式构件抗震验算 260

6.1.1 抗剪能力 260

6.1.2 抗弯性能 262

6.2 型钢混凝土构件抗震能力 266

6.2.1 抗剪能力 266

6.2.2 抗剪计算公式对比 269

6.2.3 抗弯能力 270

6.3 钢管混凝土构件抗震能力 271

6.3.1 抗剪能力 271

6.3.2 抗弯性能 272

6.4 墙式混凝土构件抗震验算 273

6.4.1 日本《铁路结构设计规范（抗震设计篇）》的规定 273

6.4.2 美国AASHTO规范墙式墩抗剪计算 274

6.4.3 《混凝土结构设计规范》剪力墙受剪承载力计算公式 275

6.5 桩基础抗震设计 276

6.6 扩大基础抗震验算 280

6.7 支座抗震验算 282

6.7.1 简述 282

6.7.2 日本铁道抗震设计规范中支座性能等级和验算方法 283

6.7.3 日本铁道抗震设计规范中橡胶支座体系损伤水平的验算 286

6.7.4 《城市轨道交通结构抗震设计规范》支座验算的规定 288

6.8 地下结构整体变形验算 289

6.8.1 整体变形指标 290

6.8.2 层间位移角 292

6.8.3 直径变形率 293

6.9 地下结构接缝变形验算 295

6.10 地震时车辆运行安全与轨道功能恢复校验 296

6.10.1 基于力的出轨安全准则 296

6.10.2 地震时横向振动位移的检验 298

6.10.3 地震时车辆运行安全性轨面位移差校验 301

6.10.4 地震时轨道可修复性位移差校验 302

参考文献 303

第7章 抗震构造措施 306

7.1 引言 306

7.2 高架区间 306

7.2.1 上部结构 306

7.2.2 墩柱 311

7.2.3 节点 318

7.2.4 基础 321

7.3 地下结构 324

7.3.1 总体构造要求 324

7.3.2 钢筋 327

7.3.3 接缝 331

7.3.4 防水措施 331

7.3.5 抗浮措施 333

参考文献 334

第8章 抗震保护技术 336

8.1 引言 336

8.2 减隔震支座 338

8.2.1 盆式支座 338

8.2.2 球形钢支座 339

8.2.3 隔震支座 341

8.2.4 功能一体型支座与分离型组合式支承连接系统 343

8.2.5 熔断保护装置 344

8.2.6 减隔震支座效果案例评价 346

8.3 阻尼耗能装置 348

8.3.1 流体粘滞阻尼器 348

8.3.2 软钢阻尼装置 349

8.3.3 流体粘滞阻尼器应用案例 350

8.4 高架区间连接系统 351

8.4.1 连梁装置 351

8.4.2 限位装置 354

8.5 地下结构减隔震技术 356

8.5.1 改变结构性能 356

8.5.2 设置减震层 357

8.6 防脱轨系统 358

参考文献 361

附录A 粘弹性边界和地震自由场反应 363

A.1 粘弹性边界 363

A.1.1 一维模型 363

A.1.2 二维模型 364

A.1.3 三维模型 365

A.1.4 应用说明 367

A.2 平面体波倾斜入射二维均匀半空间时虚拟计算边界上的地震作用 367

A.2.1 二维模型 367

A.2.2 P波输入 368

A.2.3 SV波输入 369

A.3 平面体波倾斜入射三维均匀半空间时虚拟计算边界上的地震作用 370

A.3.1 三维模型 370

A.3.2 P波倾斜输入 370

A.3.3 SV波倾斜输入 372

A.3.4 SH波倾斜输入 374

参考文献 375

附录B p-y元件、t-z元件和q-z元件参数的确定方法 377

B.1 p-y元件参数的具体确定方法 377

B.1.1 软粘土的p-y曲线 377

B.1.2 水下硬粘土的p-y曲线 378

B.1.3 水上硬粘土的p-y曲线 379

B.1.4 砂土的p-y曲线 380

B.1.5 API砂土的p-y曲线 381

B.2 t-z元件参数的具体确定方法 382

B.2.1 砂土t-z曲线（Duan，1999） 382

B.2.2 砂土t-z曲线（Wang等，1993） 383

B.2.3 粘土t-z曲线（Duan，1999） 383

B.2.4 粘土t-z曲线（Wang等，1993） 384

B.3 q-z元件参数的具体确定方法 384

B.3.1 砂土q-z曲线（Duan，1999） 384

B.3.2 砂土q-z曲线（Wang等，1993） 385

B.3.3 粘土q-z曲线（Duan，1999） 386

B.3.4 粘土q-z曲线（Wang等，1993） 386

参考文献 387

附录C 盾构隧道接头弹簧刚度 388

C.1 管片接头的转动弹簧刚度 388

C.1.1 概要 388

C.1.2 确定方法 388

C.2 环间接头的剪切弹簧刚度 394

C.3 纵向转动弹簧刚度 394

C.3.1 志波等的计算方法 394

C.3.2 西野的计算方法 395

参考文献 396

附录D 构件剪切和弯曲模型 397

D.1 型钢混凝土构件抗剪能力计算的若林·南模型 397

D.1.1 型钢部分抗剪计算 397

D.1.2 钢筋混凝土部分抗剪计算 398

D.1.3 基于若林·南模型的型钢混凝土构件受剪承载力N-V相关方程 405

D.2 型钢混凝土柱三折线模型 408

D.2.1 屈服点Fy和△y的确定 408

D.2.2 峰值点Fm和△m的确定 410

D.2.3 极限点Fu和Δu的确定 410

D.3 日本《公路桥梁设计规范（V抗震设计篇）》对钢管混凝土构件抗弯能力的规定 411

D.3.1 空心钢管墩 411

D.3.2 钢管混凝土桥墩 413

D.4 韩林海三折线模型 414

D.4.1 圆形钢管混凝土柱 414

D.4.2 矩形钢管混凝土柱 416

参考文献 417

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