地铁地下结构抗震分析并行计算显式与隐式算法比较_陈国兴
地铁地下车站抗震性能分析方法
地铁地下车站抗震性能分析方法周灿朗;龙喜安【摘要】以佛山地铁三号线荔村站实际工程为背景，讨论了反应位移法和时程分析法两种地下车站结构抗震性能分析方法。
反应位移法以一维土层地震反应计算为前提，以结构周围土体在地震作用下的变形值为基础，建立了地铁车站二维结构模型，利用变形值计算出等效地震作用力，以静荷载的形式加载于结构模型中，并将地震响应结果与静力法计算结果进行了对比，总结了地铁车站在地震作用下的内力变化规律。
时程分析法以动力有限元理论为基础，从半无限空间选取有限土体，采用了粘弹性人工边界，对选用的地震波记录值进行了合理调整，采用了计算方便、节约内存且其计算精度较高的瑞利振型阻尼，基于Midas GTS NX软件，建立了结构和周围土层作为整体计算模型，通过模态分析求解了结构体系各阶的自振频率和各阶振型，模拟了地下结构在地震荷载下的动态特性，揭示了地铁车站在地震作用下的位移时程反应及变形规律；最终通过两种抗震性能分析方法为地铁车站结构的抗震设计提供了依据。
%The two analysis methods of structural seismic (response displacement method and time history analysis method) are discussed in this paper for the underground station based on the actual project of Li Cun Station in Metro line No.3 in Foshan. The response displacement method is on the premise of seismic response calculation of one-dimensional soil layer, and is on the basis of deformation value of the surrounding soils under earthquake action. Two-dimensional structure model is established for the subway station and the equivalent earthquake force is calculated by using the deformation value, which is loaded in the structural model in static form. The re-sults of seismic response and staticmethod are compared and the change law of internal force is summarized. Be-sides, the time history analysis method is on the basis of dynamic finite element theory. Limited soil from half-space should be selected and the viscous-spring artificial boundary should be used for this method. Also the record values of seismic wave must be adjusted reasonably. And the rayleigh damping is used which has the ad-vantages of convenient calculation,memory saving and high accuracy. A whole calculation model is established which include the structure and the surrounding soil based on Midas GTS NX software. And the natural frequen-cy and vibration modes of the structural system are solved through the modal analysis. The dynamic characteris-tics of underground structures is simulated under the seismic load. And the displacement time history response and deformation law are revealed under earthquake action of the subway station. The article provides the basis for a seismic design for subway station through the two methods of seismic performance analysis.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2016(033)003【总页数】10页(P13-22)【关键词】地铁车站;结构抗震;反应位移法;非线性时程分析法;Midas GTS NX 【作者】周灿朗;龙喜安【作者单位】广州地铁设计研究院有限公司，广东广州 510010;广州地铁设计研究院有限公司，广东广州 510010【正文语种】中文【中图分类】TU352.1;U231;TU93近年来，城市地铁项目进行了大规模建设；由于地铁受地震荷载作用下发生破坏的实例不多，在国内基本上都没有经过大地震的考验，地下结构在地震作用下发生破坏的问题通常容易被忽视。
地铁地下结构抗震分析及设计中的关键问题
地铁地下结构抗震分析及设计中的关键问题摘要：近年来，我国的城市化发展突飞猛进，其中地铁的建设也在不断拓展，在城市建设中地铁有着不可替代的重要作用，不仅为人们的出行带来了便利条件，并且也缓解了城市交通的压力，促进了城市高速发展。
在开展地铁的建设工作时，必须要做好结构抗震分析，并合理设计，保证地铁的质量以及安全性，为城市的发展以及人们的生命财产安全提供保障。
文章就地铁地下结构抗震分析与设计进行了详细的讨论。
关键词：地铁地下结构；抗震分析；设计引言地铁设计和施工技术虽然相对成熟，但对于抗震研究尚不充分。
地铁工程是百年工程，且深埋于地下；一旦在地震中破坏，后期难以修复。
因此深入研究地铁结构抗震问题，对于目前大规模的地铁建设意义重大。
1地铁地下抗震结构的重要性地下与地上结构不同的是，地下结构由于受到周围土体的约束，其在地震作用下的破坏程度明显低于地上结构。
但是1995年日本的阪神地震造成神户地铁车站及隧道工程严重破坏，这给当时的传统观念带来极大冲击。
由此可见，开展地铁车站结构抗震性能研究的任务十分紧迫，不仅对城市交通建设的开展有实际意义，对其他地下结构的抗震设计也有参考价值。
2地下结构的抗震研究考虑到地层的约束，相比地上结构而言，地下结构被认为具有良好的抗震性能。
但是，通过对近些年来国内外地下结构地震灾害现象的调查研究，在地震作用下，地下结构的破坏现象也相当普遍，对地下结构抗震性能的研究也在实际的设计工作中不断推进。
采用MIDAS/GTS软件对地下结构进行时程法计算分析，动力有限元数值仿真分析中，所关心振波的高频（短波）成分决定网格单元长度，低频（长波）成分决定模型边界范围的大小。
通常，当计算模型的水平范围取为8-10倍隧道直径时，即可获得较高的计算精度。
为了解决有限截取模型边界上波的反射问题，边界条件采用由Decks等人提出的粘-弹性吸收边界。
粘-弹性边界不仅可以较好地模拟地基的辐射阻尼，而且也能模拟远场地球介质的弹性恢复性能，具有良好的低频稳定性。
地铁车站抗震设计分析
地铁车站抗震设计分析摘要：地铁地下结构是城市重要的公共基础设施，对城市生命和经济具有重大意义，因此对地铁地下结构进行抗震设计是非常必要的。
本文以某标准两层车站为计算模型，采用反应位移法和时程分析法两种方法进行地铁车站结构地震反应计算，并结合相关规范对计算结果进行了分析讨论，为类似工程及地下结构抗震研究具有一定的参考意义。
引言随着城市化的不断发展，为解决交通拥挤及效率问题，我国各大城市地铁建设迅猛发展。
地铁工程是城市重要的社会公共基础设施，其结构复杂且一旦损坏难以修复，会造成重大的经济损失。
而地铁等地下结构在地震中遭受重大震害的情况已有先例，如1985年墨西哥Ms8.1级地震造成的地铁隧道和车站结构破坏、1995年日本阪神Ms7.2级地震引起神户市大开地铁车站的严重破坏[1-3]，因此对地下结构进行抗震分析是十分必要的。
众多学者对地铁等地下结构的抗震理论及规范进行了研究。
刘晶波等[4]阐述了地下结构抗震分析的五个关键问题，包括动力分析模型、结构-地基系统动力相互作用问题分析方法、地铁地下结构地震破坏模式和抗震性能评估方法、抗震构造措施,和地铁区间隧道穿越地震断层的设计方案及工程措施。
侯莉娜等[5]将《城市轨道交通结构抗震设计规范》和地上民用建筑抗震设计规范进行了对比分析，指出地铁地下结构可遵循“两水准、两阶段”的设计思路及地下结构抗震设计地震动参数应与其设计基准期一致等。
陈国兴等[6]对地下结构震害、动力离心机和振动台模型试验，以及工程师在地下结构抗震分析中可能用到的有效设计与分析方法等方面涉及的重要问题进行了简要和全面的回顾。
本文结合某标准两层车站的工程实例，阐述地铁地下结构抗震反应分析方法，并对计算结果进行分析，为城市地下结构抗震评估提供一定参考。
1.车站抗震反应分析概况1.1工程概况车站结构型式为地下两层两跨箱型框架结构，明挖法施工，标准段宽为20.1m，基坑开挖深度约为17m。
标准段剖面图如图1所示。
城市轨道交通地下空间结构抗震分析
城市轨道交通地下空间结构抗震分析摘要：随着国内城市轨道交通的快速建设，越来越多的大型地下结构随之出现，诸如双线或三线换乘车站、与之相连的地下空间的一体化开发等。
鉴于我国是个地震多发的国家，大型地下结构多数位于高烈度区域，其抗震问题日益受到高度重视。
在城市轨道交通工程的设计中，地下结构的抗震性能验算是必不可少的一项工作。
本文结合工程实例对城市轨道交通地下空间结构抗震分析。
关键词：城市轨道交通；地下空间；结构；抗震１工程概况1.1结构概况某城市轨道交通大型地下空间结构工程主要包括地铁1号线车站、2号线车站、街道下穿隧道以及环岛内的地下空间结构，单层建筑面积为4.8万m2。
整个结构为地下三层结构，其中地下三层作为2号线车站站台层和地下停车场，地下二层作为1号线站台层、街道下穿隧道以及地下停车场，地下一层结构作为1号线站厅层和地下商业开发。
1号线和2号线在平面上呈“T”型换乘。
地下一层顶板上有4处开口设置下沉广场。
车站的覆土平均厚度为3m。
地下空间结构形式采用箱型框架结构，大量的纵横梁和中柱构成庞大的结构体系，基础型式采用桩筏基础。
顶梁的尺寸主要为1300mm×1700mm，底梁的尺寸主要为2200mm×2200mm，中梁的尺寸主要为900mm×900mm，中柱的主要尺寸为Φ1000和Φ1200mm，桩的直径为Φ2000mm，桩长30m。
地下空间顶板厚度为700mm，中楼板厚度为400mm，底板厚度主要为1100mm。
1.2工程地质地下空间结构工程场地地层主要由人工堆积杂填土（Q4ml）、粉质粘土（Q2al＋pl）、全风化泥岩（K）和强风化泥岩（K）组成，如图1所示。
结构底板主要位于强风化泥岩中。
图1 地质剖面图1.3场地地震动参数地下空间结构工程场地土类型为中软土，场地类别Ⅱ类，抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组第一组，反应谱特征周期为0.35s。
城市轨道交通地下结构抗震分析与设计
城市轨道交通地下结构抗震分析与设计摘要：轨道交通在城市建设中已成为重要的交通设施，因此有必要进行抗震设计，使轨道交通工程具有更为合理的抗震害能力，更好地保证城市轨道交通结构的地震安全性，减少地震造成的破坏。
本文对城市地下轨道交通工程的结构抗震设计进行了全面的分析和研究，希望能对同行工作者提供一些有价值的参考。
关键词：轨道交通工程；轨道交通工程结构；抗震；设计引言随着城市化的发展，城市交通条件和环境条件日益恶化。
交通拥堵和低效已成为各大城市的通病。
人们逐渐认识到，以地下铁道为骨干的大运量快速公交系统是解决这一问题的重要途径。
实践证明，地铁具有快速、高效、清洁的特点，在世界发达地区如东京、莫斯科、伦敦等大城市的客运中发挥着不可替代的作用。
近年来，中国的地铁建设也得到了快速的发展。
地铁工程是生命线工程的重要组成部分，其地震问题已成为城市工程抗震防灾减灾研究的重要组成部分。
在美国、日本等国家，对地铁等地下结构的抗震设计理论进行了研究，提出了一些实用的抗震设计方法。
然而，我们对这一领域的研究却相对滞后。
到目前为止，还没有独立的抗震设计规范。
GB50157—92《地下铁道设计规范》和GB50157—2003《地铁设计规范》对地铁的抗震设计都只给出了极为笼统的规定，其原因主要是研究工作开展不够，对地下结构抗震设计方法缺乏系统研究。
长期以来，地铁结构的抗震设计基本是参照GBJ111—87《铁路工程抗震设计规范》中有关隧道部分的条文和GB50011—2001《建筑抗震设计规范》，采用地震系数法进行的。
地震系数法用于地下结构抗震计算时具有明显的缺陷，比如按照地震系数法，作用在地下结构的水平惯性力随埋深的增加而增加，这与实际情况明显不符。
出现这一局面的原因与人们对地下结构震害的认识不无关系，在地层可能发生较大变形和位移的部位，地铁等地下结构可能会出现严重的震害，因此对其抗震问题应给予高度重视。
一、关于地下结构抗震研究和地下结构较为常用的地震分析方法 1．关于原型观测的方法分析这种方法主要是研究地下结构的地震反应规律和破坏机理，主要包括地震观测和损伤调查。
浅析地铁等地下结构的抗震分析和设计中的问题
浅析地铁等地下结构的抗震分析和设计中的问题摘要：近年来随着我国经济发展水平的不断提高，城市轨道交通飞速发展，地铁也正逐渐成为人们出行的主要交通方式，但是就目前的现状而言，我国并没有形成完整的地铁以及其他地下结构的抗震理论体系。
本文研究了目前地铁等地下结构抗震分析和设计的实际情况，找出了一些关键问题进行研究讨论，提出了一些建设性意见，对地铁等地下结构的抗震分析具有重要的作用，并且对其他地下建筑工程的设计具有重要的参考意义。
关键词：地铁地下结构抗震分析引言：随着改革开放的不断深化，我国经济迅速发展，城市发展也迈入了一个新的台阶，城市规模的不断扩大，相应的城市的交通压力也越来越大。
地铁作为一种新型的交通方式逐渐进入人们的生活，相较于传统的交通工具，地铁方便快捷环保并且很大程度上缓解了交通拥堵这一难题。
就目前现状来看，我国无疑是进入了地铁建设的黄金时期。
为此我们要更加重视这其中的安全问题，地铁的安全事关人民的生命财产安全，地铁工程的抗震问题便是地铁安全问题的重中之重。
本文作者通过多种研究方法分析总结了地铁抗震分析中的几大重要环节，对地铁等地下结构的抗震分析和设计提供一些参考。
（一）：结构和土相互作用的分析模型地铁车站结构抗震计算方法主要分静力法和动力法，静力法是将随时间变化的地震力或地层位移用等代的静地震荷载或静地层位移代替，采用静力计算模型分析，该法简单实用；动力法是地下结构抗震分析方法中最为精确的方法，但计算量相对较大、较为耗时。
在地震发生时，地铁等地下工程结构和周围土壤会出现弹塑性以及非线性的特点，地铁与土壤接触的部分可能会发生局部的滑坡与脱离。
为此在建立模型时应该将结构和土的弹塑性与非线性的特点考虑进去，包括结构材料的非线性·结构和地基的非线性·近场地基和远场地基的非线性因素，虽然这几个非线性的单个理论研究已经比较成熟，但是在实际过程利用这些理论成果去建立合理的地铁等地下工程结构的分析模型还需要进一步的研究深化。
地铁地下结构抗震性能分析
地铁地下结构抗震性能分析摘要：随着时代的发展，大规模的地铁轨道交通的建设已越来越普遍，随之也带来了许多需要解决的工程实际问题，地铁地下结构的抗震性能研究为其中之一。
本文以地铁地下结构为研究对象，对地下结构抗震研究的主要方法进行了总结，并对地下结构振动特性及其影响因素进行了分析。
关键词：地下结构、抗震分析、混凝土损伤Abstract: with the development of The Times, the scale of the metro rail transit construction of more and more general already, it also brings many needs to solve engineering problems, the structure of the subway underground seismic performance study for one of them. Based on the subway underground structure as the research object, the underground structure seismic research the main methods are summarized, underground structure vibration and influence factors were analyzed.Keywords: underground structure, seismic analysis, concrete damage引言在我国，地下结构抗震方面的研究是相对滞后的。
迄今为止，还没有一部独立的地下结构抗震设计规范，主要原因在于地下结构抗震方面基础研究工作开展不够，资料积累不足，对地下结构的动力反应特性和抗震设计方法等方面缺乏深入系统的研究。
土_地下结构体系地震反应的简化分析方法_陈国兴
Fu,i = kiu (uiu − uiu−1 )
图 4 土-地下结构体系的动力反应 Fig.4 Dynamic response of soil-underground
structure system
根据文克尔地基假定，土-地下结构体系运动时 土体对地下结构的反力 Fs,i 可表示为
2.2 土-地下结构体系地震反应分析简化模型的建立 2.2.1 自由场地震反应分析的集中质量模型
场地被视为做剪切运动的土柱，采用集中质量 法计算水平成层自由场地的地震反应，将土柱划分 成 N 段，以 N 个质点代替土柱，相邻质点以剪切弹 簧连接，如图 2 所示。
(a) 土柱
(b) 自由场集中质量模型
1引言
随着城市化进程带来的“城市病”日益困扰中 国城市的可持续发展，部分特大城市面临土地资源 短缺的问题，以地铁为代表的城市快速公共交通的 发展，标志着中国大规模开发利用城市地下空间的 时期已经来临。对于地下结构而言，采用弹塑性分
析方法进行地震反应分析是合理的，通过二维或三 维有限元分析可以深入和全面了解地下结构的地震 反应特性，目前的研究主要以商业软件为计算平台 进行地下结构地震反应特性的数值模拟[1－8]。鉴于二 维或三维有限元分析比较复杂，发展简便、实用的 地下结构抗震设计分析方法也是十分必要的。 Shukla 等[9]基于弹性地基梁原理，提出用拟静力法
Abstract: Based on lumped mass model of soil-structure dynamic interaction system proposed by Penzien, a simplified method of soil-underground structure dynamic interaction system is constructed with the consideration of the shear stiffness and damping characteristic of equivalent soil layers. Shifang Bajiao acceleration record, Songpan acceleration record of Wenchuan earthquake, China in 2008 and a Taft earthquake acceleration record with different frequency spectrum characteristics are selected as bedrock ground motions; then the simplified method and 2D finite element method are employed to analyse seismic responses of soil-subway station structure system. The results indicate that the peak value of acceleration response of subway station structure of the simplified method is more than those of 2D finite element method, and the difference degree is related to the bedrock ground motion characteristics. With the peak value of bedrock ground motion increasing, the difference degree of the results obtained by two methodes is increasing; but the general law is consistent. The simplified method is a good analysis method to analyse the effect of soil-underground structure dynamic interaction; and it can serve as a auxiliary method for aseismic design of underground structure. Key words: soil-underground structure dynamic interaction; earthquake responses; simplified analysis method
轨道交通工程地下车站结构抗震设计分析
轨道交通工程地下车站结构抗震设计分析发布时间：2022-09-22T07:25:21.246Z 来源：《工程建设标准化》2022年第5月10期作者：张强[导读] 随着我国国民经济的高质量发展，城市化逐渐成为目前我国的一项重要环节。
姓名：张强单位名称：天津晟源工程勘察设计有限公司 300143摘要：随着我国国民经济的高质量发展，城市化逐渐成为目前我国的一项重要环节。
城市化的发展，不仅能够确保人们的生活水平得以提高，同时也改善了人们的生活环境，使人民的生活水平进入一个更高的层次。
而在城市化的发展过程中，城市轨道交通工程的建设无疑是一项非常重要的工程项目。
（衔接不上）在轨道交通工程建设过程中，地下车站结构抗震设计是确保轨道交通工程在投入使用的过程中实现稳定运行的保障。
本文通过对轨道交通工程地下车站结构抗震设计进行分析，希望可以为轨道交通工程建设工作提供有效的保障。
关键词：轨道交通工程；地下车站结构；抗震设计；分析引言：城市轨道交通工程的大规模建设，在城市化的发展过程中具有至关重要的作用。
通过对该工程的抗震设计予以科学地把控，就能够使得城市轨道交通工程能够合理抵御地震所带来的破坏，为更好地实现城市轨道交通工程的正常运行打下坚实的技术基础。
通过对抗震设防地区的城市轨道交通工程进行设计，就能够保证城市轨道交通工程的建设工作能够更好地开展，使得城市轨道交通工程能够更好地造福人类。
一、抗震设防目标（一）抗震设防类别，强度以及等级根据我国城市轨道交通建设的相关要求，对城市轨道交通工程进行系统化的分类是尤为重要的一项工作。
其抗震设防类别主要分为以下几种，第一种特殊设防类，第二种重点设防类，第三种标准设防类。
在相对应的分类中，根据车站日流量，来进行消防类别的界定，就可以更好地确定车站结构的整体类型，为更好地开展城市轨道交通的建设工作打下坚实的基础。
除此之外，在开展城市轨道交通工程建设过程中，必须要对车站的抗震强度等影响城市轨道交通工程的因素进行严格的把控，同时在开展施工建设和竣工验收等相关环节的工作时，施工人员需要对工程的抗震能力进行测试，确保施工建设的整体质量能够符合实际的标准，并为更好地开展城市轨道交通工程的建设工作，打下坚实的基础。
浅析地铁地下结构抗震效应计算方法
一般通 一 土 地震反应
， 可通
土体位移 度的 可通
，可根据规范，土层沿深度方向位移可 考式
(2)， 土
道 向位移可 考式 (3) 定
)(*)
⑵
)(-,*) =u (*) 'sin 2； -
(3)
式(2)和式(3)中，)(*)—地震时深度z处土层的
水平位移(m) ;)(-,*) 地震时 道向x
度z 土
震设计方法 》 规定地基弹簧刚度 可按下 规定计算：
!”= 2$ ，亿=2$ Ld
中，！”一径向地基弹簧刚度，kN/m; ! 向地基弹
簧刚度，kN/m; G—地 剪 模 L—地基的 中弹簧间
，m; d—土
道与地下
向的计算度，m;
$
结构 ，mo
2) 土位移计算。一般采用反应位移法应要考虑的内
包土相对位移、结构性、结构周围剪力作用。上
中，kv-向地基弹簧刚度，kN/m ksv-
土体
剪 弹簧刚度， kN/m kh- 地基弹簧刚度， kN/m ksh-
侧墙土体剪切弹簧刚度，kN/m; Kv-竖向基床系数(kN/m);
Kh- 基
(kN/m3); L-地基的 中弹簧 ，m; d-
土
道与地下
向的计算 度， m
对
结构， 日本土
《 地下结构抗
工程#价咨&对控制！程#价的作用分.
欧美夏
ห้องสมุดไป่ตู้
（贵阳晨晖工程造价咨询有限公司，贵州 贵阳550002）
摘要：针对工程造价咨询对控制
的作用，做了
工程造价的控制 际来说，引入工程造价咨询机制，对强
结
研究
下分析。
关键词：工程造价咨询；工程造价；科学性；经济性
地铁地下结构抗震分析并行计算显式与隐式算法比较
Ｃｏ ｐｕ ｉ ｇ ｆ ｒＳ ｉｍ ｉ ｓ ｏ ｅＡｎａ ｙ ｉ ｆＭ ｅ ｒ ｄ ｒ ｒ ｕ ｄ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｍ ｔｎ ｏ ｅ ｓ ｃ Ｒｅ ｐ ｎｓ ｌ ｓｓｏ ｔ ｏ Ｕｎ ｅ ｇ ｏ ｎ ｔ ｕ ｔ ｒ ｓ
ＣＨ ＥＮ ｏ ｘｎ ＣＨＥＮ ｉ Ｊ ＮＧ ｉ ｉ Ｇｕ — ｉ ｇ ， Ｌｅ ， Ｉ Ｌ — ｎ ， ＬＯＮＧ ｕ ｐ Ｈ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｏ ｐ ｔ ｇ ｐ ａ ｆ ｒ ｉ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ＥＭ ６ Ｔ ａ ｄ ｒ ｒ ｍ ｅ ｒ ｅ ｃ ｍ ｕ ｉ ｌ ｔ ｏ ｍ ｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｎ ４ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｆ ａ ｗｏ ｋ，ｄ ａ — ａ ｈ Ｉ ｔ ｌＸｅ ｎ ｐ ｏ ｅ — ｕ ｌｐ ｔ ｎ ｅ ｏ ｒ ｃ ｓ
摘
要 ： 于 Ｅ ４ 硬 件 构 架 、 路 Ｉｔｌ ｅｎ处 理 器 、 ｉｕ 作 系 统 、４位 ＡＢ 基 Ｍ６ Ｔ 双 ｎｅ Ｘ ｏ Ｌｎ ｘ操 ６ ＡＱＵＳ软 件 、 千兆 以太 网络 为
集 群 子 网络 构 建 的 ３ Ｐ 并 行 计 算 集 群 平 台 ， 有 限元 并 行 计 算 中 心 差 分 显 式 算 法 与 Ｈｉ ｅ－ ｇ ｅ～ ｙ ｒ ２Ｃ Ｕ 对 ｌｒ ｂ Ｈｕ ｈ ｓ Ｔａｌ ｏ 隐 式 算 法 的计 算 精 度 和效 率 以及 ＡＢ ＵＳ软 件 中 设 置 黏 弹 性 人 工 边 界 计 算 精 度 进 行 比 较 验 证 。结 果 表 明 ： ＡＱ 显 式 与 隐式 算 法 计 算 精 度基 本 相 当 ， 显 式 算 法 计 算 效 率 远 高 于 隐 式 算 法 。对 地 铁 地 下 结 构 三 维 和 二 维 非 线 性 地 但 震 反 应 分 析 有 限元 并 行 计 算 显 式 和 隐 式 算 法 进 行 对 比研 究 ， 果 表 明 ： 于 自由度 数 为 ３ ７４ ６的地 铁 车 站 结 构 结 对 ８ ２ 三 维 非 线 性 地 震 反 应 分 析 ， 、６ ３ Ｐ 并 行 计 算 显 式 和 隐 式 算 法 耗 时 比 依 次 为 ２ ． ９ 、３ １ 、 ． ２ ； ８ １ 、２Ｃ Ｕ １ ８ ２ ． Ｏ ４ ３ 对 于 自 由度 数 为 １ １ ０５６的地 铁 车站 结 构 二维 非线 性 地 震 反 应 分 析 ， 、 、 Ｐ 并 行 计 算 隐式 和显 式 算 法 计 算 耗 时 １２ ４Ｃ Ｕ 比依 次 为 ４ ． 、５ ３ 、 １８４； Ｃ Ｕ 并 行 计 算 显 式 算 法 适 合 求 解 大 规 模 数 值 计 算 问 题 ， Ｃ Ｕ 并 行 计 算 １ ４ ４ ． ５ ． 多 Ｐ ， ０ 多 Ｐ 隐 式 算 法 适 合 求 解 小 规 模 数 值 计 算 问题 。 关 键 词 ： 铁 地 下结 构 ； 力 非 线 性 ；并 行 计 算 ；显 式 算 法 ；隐式 算 法 地 动
场地类别对地铁地下车站结构地震反应的影响规律
场地类别对地铁地下车站结构地震反应的影响规律庄海洋;朱超;吴滨;陈国兴【摘要】以南京地铁建设为工程背景,根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)中场地类别的分类方法,保持场地覆盖层厚度不变,通过改变场地等效剪切波速,设计出典型的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类工程场地类别.采用大型有限元分析软件ABAQUS,考虑土体与混凝土的非线性以及土与结构接触非线性,研究地铁车站在规范规定的不同场地类别条件下地下结构的层间位移和位移角反应特征以及结构关键部位的应力反应特征.结果表明:不同场地类别对地铁地下车站结构地震反应的影响规律和影响程度有所不同.总体来看,在较差场地类别条件下,基岩输入峰值加速度峰值对层间位移角幅值的影响程度较大,且对车站结构下层层间位移角幅值的影响更大.在本文所有的输入地震动强度条件下,Ⅱ类场地下地铁车站结构基本处于弹性工作状态,而Ⅳ类场地下地铁车站结构在中小地震发生时层间位移角很容易进入整体弹塑性工作状态.同时,场地类别越差,车站结构整体残余变形越容易发生,造成结构的残动内力也迅速增加.【期刊名称】《南京工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(037)004【总页数】7页(P70-76)【关键词】地铁车站;场地类别;地震反应;数值模拟【作者】庄海洋;朱超;吴滨;陈国兴【作者单位】南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京210009;江苏省土木工程防震技术研究中心,江苏南京210009;南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京210009;南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京210009;南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京210009;江苏省土木工程防震技术研究中心,江苏南京210009【正文语种】中文【中图分类】P315.951995年日本阪神地震中大开地铁车站的震害使人们认识到地铁地下结构抗震的重要性,由此展开了地铁地下结构抗震研究。
之前,我国轨道交通地下结构的抗震设计方法和相关规定主要参照我国《铁路工程抗震设计规范》(GBJ 111—1987)和《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)中相关设计条文,采用地震系数法进行设计。
地铁地下结构抗震性能及分析方法研究
ｄ ｉ １ ．９ ９ｊｉ ｎ０ ３ －９ ５ ２ １ ． １０ ６ ｏ ： ０ ３６ ／． ｓ．２ ５４７ ．０ ００ ． １ ｓ
摘 要 随着全 球经济 建设 的快速 发展 ，地 下 空 间 的利 用 已经 成 为学 术界 重 要 的研 究课
题。 越来越多的震害表 明， 地下结构在强震作用下并不一定安全， 甚至发生严 重破坏。 ９ ５ １８
３ 建议 了地震 灾害可接 受风 险的界定标准
首次在地震灾害的评价体系中引入风险管理 的概念， 详细阐述 了可接 受风险的基本概念 和可接受风险的评价过程及方法，同时结合各个国家及不 同行业的可接受风险标准， 在统计 我国多年来各类 自然灾害和人为灾难的损失结果 、以及多次破坏性地震的震害调查资料 的基 础上 ，建议 了我 国地震 灾害 可接 受风 险的界定标 准 。
提出了生命线系统防震减灾能力的评价方法。一方面考虑生命线系统各个子系统对城市 防震 减 灾能力 的单 独作用 ，根 据专 家调查 意见 ，应 用 熵权 双 基 准 法，对 各 项 信 息进 行 无量 纲 化（ 功效系数法） 处理 ， 计算出各项信息的权重 ， 然后在信 息表 中确定两个基准点（ 理想点和 反理想点） 再计算 出各项子系统在整体评价 中的优属度 ， ， 确定 了各个系统的单独作用。另一 方面， 考虑生命线系统各个子系统之间存在的耦联关系， 根据我 国“ 七五 一九五” 间所作过 期
用 Ｍ ｚｒ 提 出的 混凝 土 损伤 演化 方 程 确定 的损 伤 变量 ，在德 鲁 克 一普 拉格 本 构 模 型 的基 础 ａａｓ
上， 提出了一种能够考虑混凝土损伤后材料强度、刚度等参数发生相应折减的损伤本构模 型 （ ａ ａｅＭ ｄ１。 Ｄ ｍ ｇ— ｏｅ） 并在 Ｆ Ａ ３ Ｌ Ｃ Ｄ提供 的用户二次开发环境 的基础上，采用 Ｖ Ｃ＋＋开发 出该
地铁T型换乘车站结构抗震设计两种分析方法计算结果差异性对比分析
１ Ｔ型换乘车站结构抗震分析方法目前地下结构抗震分析常用的方法有反应位移法和时程分析法［８］。
其中：反应位移法认为地震过程中地下结构与周围地层具有相同的动力要素，因地层深度变化而产生的层间位移差将与各种工况载荷相结合，作为强迫位移施加在地下结构上。
由此，可以将土层的地震动力响应简化为平面静力问题，并计算得出结构内力［９ １０］。
而时程分析法采用有限元离散化法，将围岩介质与地下结构按整体处理，计算得到二者的动力响应［１１ １２］。
模型的动态特性是该方法讨论的重心，但需引入人工边界，设置不同的约束条件来表征未被建模的实际无限地层对参与建模的有限计算区域的影响。
本文通过上述两种计算方法对郑州地铁龙湖北站进行建模计算并对计算结果进行对比分析。
本文主要介绍时程分析法的模拟过程，对于反应位移法，仅列其模拟结果。
图１ 郑州地铁龙湖北站横断面图２ 工程概况龙湖北站横断面结构形式如图１所示。
覆土厚约为３．５ｍ，底部埋深约为２４．６ｍ，站台宽为１４．０ｍ，换乘车站主体结构外包长度为２０９．０ｍ。
本站分布的主要地层有②３１黏质粉土（Ｑａｌ４）、②４１粉砂（Ｑａｌ４）、②５１细砂（Ｑａｌ４）。
该站标准段基坑宽度为２２．３ｍ，围护结构采用１０００ｍｍ厚地下连续墙＋内支撑＋临时立柱的支护体系，共设置４道支撑：第一道支撑为７００ｍｍ×８００ｍｍ混凝土支撑；第二道、第四道支撑采用 ６０９ｍｍ、壁厚为１６ｍｍ钢管撑；第三道支撑采用 ８００ｍｍ、壁厚为２０ｍｍ钢管撑。
临时立柱桩采用 １０００钻孔灌注桩，插入基底以下１１．０ｍ；地下连续墙嵌固深度为１８．０ｍ。
龙湖北站为地下三层双柱三跨框架结构，顶板厚８００ｍｍ，中板厚４００ｍｍ，底板厚１０００ｍｍ，中柱尺寸为７００ｍｍ×１０００ｍｍ，柱跨为９ｍ。
３ 动力计算准备工作时程分析法主要关注阻尼确定、地震波输入模式、人工边界设置等问题。
建模所用各种材料的计算参数如表１所示。
地铁车站二维抗震分析的中柱简化方式对比
研究，利用弹模折减法进行建模，发现主体构件连接处在地
４）弹模折减，即减小墙体材料弹性模量 Ｅ来保证中柱
震作用下容易发生损坏［１４］。上述研究并未考虑中柱质量 截面 ＥＡ和 ＥＩ不变，墙体的弹性模量和质量密度分别变为
等效。本文在保证中柱质量不变前提下，讨论 ４种中柱折 ３．８３ＧＰａ和 ２７７．７８ｋｇ／ｍ３。
李 伟１ 昝子卉２ 赵 密１
（１．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； ２．广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 ５１００００）
摘 要：地铁车站横断面抗震分析通常采用考虑土—结构相互作用的二维平面应变模型，中柱简化为沿纵向连续墙体，在保证中
柱质量不变前提下，通过折减墙体的几何尺寸或材料参数使其具有与中柱相同的截面抗弯刚度 ＥＩ或抗压刚度 ＥＡ，四种折减方式
铁进行设计研究，在工程上是可以接受的，但是结果需要修
２）ＥＩ横向几何折减，即减小墙体横向宽度来保证中柱
正。张亚［６］采用 ＥＡ横向几何折减法进行建模分析，发现 截面横向 ＥＩ不变，墙宽度和质量密度分别变为 ０．３３６５ｍ
利用 ＥＡ横向几何折减法进行简化计算时，侧墙弯矩与实 和 ５７７．８４ｋｇ／ｍ３；
第２０４７２卷１第年 １８５期月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
ＡＶｕｏｌｇ．．４７Ｎｏ２．０１２５１
·５５·
ＤＯＩ：１０．１３７１９／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９６８２５．２０２１．１５．０２０
地铁车站二维抗震分析的中柱简化方式对比
际有大约 ５％的误差。庄海洋利用弹模折减法进行建模，
３）纵向几何折减，即 将 中 柱 平 面 应 变 单 元 厚 度 取 为 中
发现场地类别越差，基岩输入的地震动对层间位移角的影 柱纵向宽度 １ｍ，除中柱以外的土和结构平面应变单元厚 响越大［１３］。同时，庄海洋对大开车站的破坏机理也进行了 度取为纵向一跨尺寸 ９ｍ；
采用不同隔震形式的双层地铁地下车站结构地震反应分析
第 36 卷第 2 期2023 年4 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 36 No. 2Apr. 2023采用不同隔震形式的双层地铁地下车站结构地震反应分析庄海洋，李晟，王伟，陈国兴（南京工业大学岩土工程研究所，江苏南京 210009）摘要: 针对地铁地下车站结构中柱、中板等抗震薄弱构件，分别研究了车站结构在传统完全约束结构形式下，在上下层中柱顶部设置弹性滑移支座时，以及本文提出的在中板边缘及底层中柱设置隔震支座时的地震反应特性，建立了土⁃地下结构非线性静动力耦合相互作用的二维有限元分析模型，对比分析了采用不同隔震形式对车站主体结构静动力反应特性的影响规律。
结果表明：与传统车站结构相比，在中柱顶部设置弹性滑移支座能有效降低车站中柱处的地震损伤，具有更好的抗震性能。
采用本文提出的中板边缘及底层中柱设置隔震支座，可以在减小中柱所受地震损伤的同时，有效地保证结构中板在强地震中不受严重损伤，从而提高车站的整体抗震性能。
关键词: 隔震支座；抗震性能；地铁地下车站结构；地震损伤；数值模拟中图分类号: TU352.12； TU311.3 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2023）02-0379-10DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2023.02.009引 言在强地震荷载作用下，建筑结构往往受到严重损伤。
近年来的屡次震灾给世人敲响了警钟。
地下结构的地震变形明显区别于地上结构，其抗震安全性能也应该受到重视。
在强地震作用下，地铁地下车站结构的中柱由于抗震性能水平的不足，高轴压比情况下缺乏侧向变形能力［1］，在地震荷载作用下往往发生垮塌。
随着城市地铁线路的不断完善，车站结构也日趋复杂，因此两层三跨框架式地铁地下车站结构越来越多地被采用。
板作为建筑结构的一部分，为人类提供了活动的平台［2］，地震过程中坍塌会直接对人类生命财产造成威胁。
地铁地下结构抗震分析及设计中的几个关键问题
地铁地下结构抗震分析及设计中的几个关键问题作者：邢佳殊来源：《科教导刊·电子版》2014年第24期摘要针对我国尚缺少完善的地铁地下结构抗震分析方法和专门的地铁结构抗震设计规范的现状，在分析目前我国地铁等地下结构抗震研究及设计方法的基础上，重点阐述了需要迫切解决的五个关键问题：合理的地下结构动力分析模型，高效的地下结构——地基系统动力相互作用问题分析方法，合理而实用的地铁地下结构地震破坏模式和抗震性能评估方法，地铁地下结构抗震构造措施，地铁区间隧道穿越地震断层的设计方案及工程措施。
这些问题的研究和解决将为地铁地下结构抗震设计规范或规程的制定奠定坚实的基础。
关键词地铁地下结构土——结构动力相互作用地震反应抗震设计中图分类号：TU712 文献标识码：A随着城市化的发展，城市交通状况及环境条件日趋恶化，交通的拥挤和效率低下成为各大城市的通病，人们逐渐认识到发展以地下铁道为骨干的大运量快速公共交通系统是解决问题的重要途径。
实践证明，地铁以其快速、高效、清洁的特点，在世界上大多数经济发达地区大城市的客运交通中发挥着不可替代的作用，比如东京、莫斯科、伦敦等。
近年来，我国的地铁建设也得到了迅猛的发展。
以北京为例，目前地铁线路总长114km（包括地面轨道线路），按照《北京奥运行动规划》，到2008年运营里程将达到202km，长远规划总里程超过600km。
另外，上海、广州、深圳、南京、杭州、沈阳等大城市也正在或者即将建设地铁或轻轨。
可以说，我国已经进入了地铁工程建设的黄金时代。
1土——结构动力相互作用分析模型强地震作用下，地下结构与地基介质可能呈现明显的非线性、弹塑性状态，地下结构与地基之间的接触面还可能出现局部滑移、脱离等非连续变形现象，除此之外，地铁地下结构——地基动力相互作用分析模型还应该合理考虑地基半无限性的影响。
因此，一个合理的地下结构分析模型既要考虑对半无限地基的模拟，还必须全面考虑4种非线性因素：结构材料非线性、结构——地基动态接触非线性、近场地基非线性与远场地基非线性。
地铁地下结构抗震分析并行计算显式与隐式算法比较_陈国兴
地铁地下结构抗震分析并行计算显式与隐式算法比较
１ ２ １ 陈国兴１， 陈 磊 ， 景立平 ， 龙 慧
（ ） １．南京工业大学 岩土工程研究所 ，江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ９； ２．中国地震局 工程力学研究所 ，黑龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ８ ０ 摘 要 ：基于 ＥＭ 双路 Ｉ 千兆以太网络为 ６ ４ Ｔ 硬件构架 、 ｎ ｔ ｅ ｌ Ｘ ｅ ｏ ｎ 处理器 、 Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 操作系统 、 ６ ４位 Ａ Ｂ ＡＱＵ Ｓ 软件 、 集群子网络构建的 ３ 对有限元并行计算中心差分显式算法与 Ｈ ２Ｃ Ｐ Ｕ 并行计 算 集 群 平 台 ， ｉ ｌ ｂ ｅ ｒ ｕ ｈ ｅ ｓ ａ ｌ ｏ ｒ ｇ ｙ －Ｈ －Ｔ 隐式算法的计算精度和效率以及 Ａ 显 Ｂ ＡＱＵ Ｓ软 件 中 设 置 黏 弹 性 人 工 边 界 计 算 精 度 进 行 比 较 验 证 。 结 果 表 明 ： 但显式算法计算效率 远 高 于 隐 式 算 法 。 对 地 铁 地 下 结 构 三 维 和 二 维 非 线 性 地 式与隐式算法计算精度基本相当 ， 震反应分析有限元并行计算显式和隐式算法进行对比研究 ， 结果表明 ： 对于自由度数 为 ３ ８ ７ ４ ２ ６的地铁车站结构 三维非线性地震反应分析 ， 对 ８、 １ ６、 ３ ２Ｃ Ｐ Ｕ 并行 计 算 显 式 和 隐 式 算 法 耗 时 比 依 次 为 ２ １． ８ ９％ 、 ２ ３． １ ０％ 、 ４． ３ ２％ ； 于自由度数为 １ ０ ５ １ ６ 的地铁车站结构二维非线性地震反应分析 ， １、 ２、 ４Ｃ Ｐ Ｕ 并行计算隐式和显式 算 法 计 算 耗 时 比依次为 ４ 多Ｃ 多Ｃ １． ４％ 、 ４ ５． ３％ 、 ５ １． ８％ ； Ｐ Ｕ 并行计算显式算 法 适 合 求 解 大 规 模 数 值 计 算 问 题 ， Ｐ Ｕ 并行计算 隐式算法适合求解小规模数值计算问题 。 关键词 ：地铁地下结构 ；动力非线性 ；并行计算 ；显式算法 ；隐式算法 ： ／ 中图分类号 ：Ｕ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ ２ ３ １ 文献标志码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ １ ０． ３ ９ ６ ９ ８ ３ ６ ０． ２ ０ １ １． １ １． ０ １ ９ － ｊ
地铁地下结构抗震设计方法差异性规律研究
数值模型边界， 其余的地层变形传递、 土结构的相互 作用即可由数值程序自动计算。 整个分析过程不考 虑时间的变化， 是一种拟静力分析法
［8 ］
， 详见图 5 。
图5 图3 Fig． 3 张建民地震土压力计算模型 Fig． 5
强制反应位移法计算模型
Calculating model of modified cross
引
言
近年来， 作为生命线工程重要组成部分的地铁地
下结构抗震设计日益成为各国工程设计人员关注的 重要问题。而长期以来， 我国地铁地下结构的抗震设 《铁路工程抗震设计规范 》 （ GB 50111 — 计基本是参照
基金项目： 国家自然科学基金 （ 40972189 ） ， 北京市自然科学科技基金 重点项目 （ 8111001 ） ， 北京工业大学研究生科技基金 （ ykj20116505 ） 和国家自然科学基金 （ 41172254 ） 作者简介： 陶连金， 博士， 教授 1129 收稿日期： 2011-
第 45 卷第 12 期 2 0 1 2 年 12 月
土
木
工
程
学
报
CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL
Vol． 45 Dec．
No．ห้องสมุดไป่ตู้12 2012
地铁地下结构抗震设计方法差异性规律研究
陶连金 王文沛 张 波 黄 俊 刘 璐
（ 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 ）
1． 2
反应位移法
反应位移法一般在地基弹簧远离结构位置处施 加相对位移， 相当于将地震时产生的变形以等效静力 荷载的形式加在结构上， 同时考虑了地震剪应力和结 构惯性力， 如图 2 所示。土结构之间相互作用通过动 力弹簧系数（ 即动力基床系数 ） 起作用， 其取值可参考 日本铁路抗震设计规范、 中国地下铁道勘察规范基床 系数（ GB 50307 —1999 ） 、 薄层法计算结果以及静力有 限元模型中施加单位强制位移， 各方法计算结果差异
青岛某地下三层车站结构抗震设计对比分析
青岛某地下三层车站结构抗震设计对比分析王林琳【摘要】随着我国地下工程的大规模修建以及近年来地震灾害的频繁出现,在地铁结构设计中,抗震计算日益成为设计内容不可或缺的重要组成部分.为研究地震作用对地铁车站结构的影响,以青岛市某明挖三层地铁车站为工程背景,建立车站带外挂双层风道断面计算模型,应用Midas数值模拟软件,采用反应位移法和时程分析法对结构的地震作用进行计算,就地震作用下结构的内力及变形规律进行研究,并对比分析静力作用及地震作用的结果.结果表明:车站结构除个别位置为地震工况控制点外,其余位置地震作用均为非控制因素,地下结构的设计满足运行安全、经济合理的要求;抗震设计的重点是按抗震设防要求加强结构的构造措施.研究分析方法可为类似工程的设计提供参考.【期刊名称】《铁道建筑技术》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】5页(P36-40)【关键词】地铁车站;抗震设计;静力计算;反应位移法;时程分析法【作者】王林琳【作者单位】中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055【正文语种】中文【中图分类】U231+.4;TU352.1+11 引言我国作为多地震国家，地下结构的抗震设计成为结构设计过程中的重要环节。
地下结构地震作用的主要特征是其振动变形受周围地基土的约束作用[1]。
本文利用Midas计算软件，以青岛某三层站带外挂风道断面计算为基础，针对其地层、结构形式、抗震设计参数等特点，探讨地下车站的抗震计算方法并对结果进行对比分析，为类似工程设计提供参考。
2 工程概况本站为地下三层双柱三跨明挖岛式车站，车站总长153 m，标准段宽度22.1 m，高度19.86 m，车站顶板平均覆土厚度为3.2 m。
顶、中、底板厚度分别为750 mm、400 mm、1 000 mm，侧墙厚度为800 mm。
标准段顶纵梁尺寸为1 000×1 700 mm、中纵梁为800×1 000 mm、底纵梁为1 100×2 310 mm。
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（ ，Ｎ ，Ｎ ； １． Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｇ ｅ ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ａ ｎ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ａ ｎ ｉ ｎ ２ １ ０ ０ ０ ９， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｇ ｊ ｇ ｙ ｇ ｙ ｊ ｇ ， ， ， ） ２． Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｕ ａ ｋ ｅ Ａ ｄ ｍ ｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ８ ０ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｇ ｑ
Ｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｉ ｍ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ａ ｎ ｄ Ｅ ｘ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｐ ｐ ｐ Ｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ｓ ｅ Ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｔ ｒ ｏ Ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｐ ｇ ｐ ｙ ｇ
第３ ３ 卷第 １ １期 ０ １ １年１ １月 ２
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（ ） 文章编号 ： １ ０ ０ １ ８ ３ ６ ０ ２ ０ １ １ １ １ ０ １ １ １ ０ ７ － － －
地铁地下结构抗震分析并行计算显式与隐式算法比较
１ ２ １ 陈国兴１， 陈 磊 ， 景立平 ， 龙 慧
（ ） １．南京工业大学 岩土工程研究所 ，江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ９； ２．中国地震局 工程力学研究所 ，黑龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ８ ０ 摘 要 ：基于 ＥＭ 双路 Ｉ 千兆以太网络为 ６ ４ Ｔ 硬件构架 、 ｎ ｔ ｅ ｌ Ｘ ｅ ｏ ｎ 处理器 、 Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ 操作系统 、 ６ ４位 Ａ Ｂ ＡＱＵ Ｓ 软件 、 集群子网络构建的 ３ 对有限元并行计算中心差分显式算法与 Ｈ ２Ｃ Ｐ Ｕ 并行计 算 集 群 平 台 ， ｉ ｌ ｂ ｅ ｒ ｕ ｈ ｅ ｓ ａ ｌ ｏ ｒ ｇ ｙ －Ｈ －Ｔ 隐式算法的计算精度和效率以及 Ａ 显 Ｂ ＡＱＵ Ｓ软 件 中 设 置 黏 弹 性 人 工 边 界 计 算 精 度 进 行 比 较 验 证 。 结 果 表 明 ： 但显式算法计算效率 远 高 于 隐 式 算 法 。 对 地 铁 地 下 结 构 三 维 和 二 维 非 线 性 地 式与隐式算法计算精度基本相当 ， 震反应分析有限元并行计算显式和隐式算法进行对比研究 ， 结果表明 ： 对于自由度数 为 ３ ８ ７ ４ ２ ６的地铁车站结构 三维非线性地震反应分析 ， 对 ８、 １ ６、 ３ ２Ｃ Ｐ Ｕ 并行 计 算 显 式 和 隐 式 算 法 耗 时 比 依 次 为 ２ １． ８ ９％ 、 ２ ３． １ ０％ 、 ４． ３ ２％ ； 于自由度数为 １ ０ ５ １ ６ 的地铁车站结构二维非线性地震反应分析 ， １、 ２、 ４Ｃ Ｐ Ｕ 并行计算隐式和显式 算 法 计 算 耗 时 比依次为 ４ 多Ｃ 多Ｃ １． ４％ 、 ４ ５． ３％ 、 ５ １． ８％ ； Ｐ Ｕ 并行计算显式算 法 适 合 求 解 大 规 模 数 值 计 算 问 题 ， Ｐ Ｕ 并行计算 隐式算法适合求解小规模数值计算问题 。 关键词 ：地铁地下结构 ；动力非线性 ；并行计算 ；显式算法 ；隐式算法 ： ／ 中图分类号 ：Ｕ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ ２ ３ １ 文献标志码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ １ ０． ３ ９ ６ ９ ８ ３ ６ ０． ２ ０ １ １． １ １． ０ １ ９ － ｊ
： ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｈ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ｉ ｎ ｉ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ＥＭ ６ ４ Ｔｈ ａ ｒ ｄ ｗ ａ ｒ ｅ ｆ ｒ ａ ｍ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ， ｄ ｕ ａ ｌ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ Ｘ ｅ ｏ ｎ ｐ ｐ ｐ ｐ ｇ － － ， ｓ ｏ ｒａ ｎ ｄ Ｇ ｉ ａ ｂ ｉ ｔ Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ｓ ｕ ｂ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ３ ２Ｃ Ｐ Ｕ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｕ ｒ ｅ ｓ ６ ４ ｂ ｉ ｔ Ａ Ｂ ＡＱＵ Ｓ ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ － ｇ ｙ ｇ ｐ ｐ ｏ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｕ Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ ｇ ｙ ｙ ｐ ｐ － ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｕ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ Ｈ ｉ ｌ ｂ ｅ ｒ ｕ ｈ ｅ ｓ ａ ｌ ｏ ｒ ｐ ｇ ｙ －Ｈ －Ｔ ， ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｒ ｅ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｕ ｓ ｓ ｒ ｉ ｎ ａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｒ ｉ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ ｌ ． ｐ ｐ ｇ ｙ － Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｐ ｐ ｐ － ， ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｒ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍ ｅｂ ｕ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｍ ｕ ｃ ｈ ｈ ｉ ｈ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｙ ｙ ｐ ｇ ｔ ｈ ａ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ， ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｍ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｐ ｐ ｐ ｐ － ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｓ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｕ ｓ ｉ ｎ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ２ Ｄａ ｎ ｄ ３ Ｄｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ ｍ ｅ ｔ ｒ ｏ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｇ ｐ ｐ ： ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ａ ｓ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｓ Ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ３ Ｄｌ ａ ｒ ｅ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ｉ ｔ ｈ ＤＯ Ｆ ｂ ｅ ｇ － － ｉ ｎ ３ ８ ７ ４ ２ ６， ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｉ ｍ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ８Ｃ Ｐ Ｕ， １ ６Ｃ Ｐ Ｕ ａ ｎ ｄ ３ ２Ｃ Ｐ Ｕ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ｇ ｐ ｇ － ； ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ２ １． ８ ９％ ， ２ ３． １ ０％ ａ ｎ ｄ ４． ３ ２％ ｏ ｆ ｔ ｈ ａ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ２ Ｄ ｐ ｙ ｐ ｓ ｍ ａ ｌ ｌ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ｉ ｔ ｈ ＤＯ Ｆ ｂ ｅ ｉ ｎ １ ０ ５ １ ６， ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｉ ｍ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ １Ｃ Ｐ Ｕ， ｇ ｐ ｇ － ； ２Ｃ Ｐ Ｕ ａ ｎ ｄ ４Ｃ Ｐ Ｕ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ４ １． ４％ ， ４ ５． ３％ ａ ｎ ｄ ５ １． ８％ ｏ ｆ ｔ ｈ ａ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｐ ｙ ｐ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｉ ｓ ｆ ｉ ｔ ｆ ｏ ｒ ｌ ａ ｒ ｅ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｕ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｓ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｐ ｇ ｐ ｐ ｐ － － ｔ ｉ ｎ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｓ ｗ ｈ ｉ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｌ ｅ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｓ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｆ ｉ ｔ ｆ ｏ ｒ ｓ ｍ ａ ｌ ｌ ｇ ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ － ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ｉ ｎ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｓ ． ｐ ｇ ｐ ：ｍ ；ｎ ；ｐ ；ｅ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｅ ｔ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｓ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ｉ ｎ ｘ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｇ ｙ ｐ ｇ ｐ ｙ ； ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｍ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｐ