地鐵車站結(jié)構(gòu)抗震分析

周文濤 張曉麗

(1.鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司城交分院，天津 300251; 2.天津津建造價(jià)工程咨詢有限公司，天津 300143)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展、城市人口壓力的不斷攀升，交通擁堵成為普遍的城市難題。為了緩解這種壓力，地鐵這種快捷、便利的交通方式成為人們的首要選擇。北京、上海、廣州和深圳等城市已經(jīng)建成相當(dāng)里程的地鐵。伴隨著地鐵的發(fā)展，地鐵抗震的問(wèn)題也隨之顯現(xiàn)。

長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為地下結(jié)構(gòu)物有較強(qiáng)的抗震性能，然而1995年日本阪神地震中，以地鐵車道，地下隧道為代表的大型地下結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞，暴露出地下結(jié)構(gòu)抗震能力的弱點(diǎn)。因此，有必要對(duì)地鐵車站進(jìn)行抗震分析［1-3］。

1 車站主體結(jié)構(gòu)概述

1號(hào)線主體結(jié)構(gòu)形式為2層多跨島式站臺(tái)，鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，車站沿嘉禾路布置;2號(hào)線主體結(jié)構(gòu)形式為3層多跨島式站臺(tái)，鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，車站沿湖濱北路布置。1號(hào)，2號(hào)線在嘉禾路與湖濱北路交口處端頭十字換乘。為了抗震分析的準(zhǔn)確性，建立地下結(jié)構(gòu)的整體模型，如圖1所示。

圖1 呂厝站主體結(jié)構(gòu)板模型

2 工程地質(zhì)條件

呂厝站場(chǎng)地土的剖面情況與力學(xué)特性如表1所示。在計(jì)算中根據(jù)土層性質(zhì)對(duì)土層進(jìn)行適當(dāng)歸并。

表1 呂厝站場(chǎng)地模型資料參數(shù)

根據(jù)已知的基巖地震波，需要通過(guò)一維土層剪切動(dòng)力反應(yīng)分析，得到各土層的輸入地震波。其基本原理是假設(shè)剪切波從粘彈性半無(wú)限基巖空間垂直入射到水平成層非線性土體中，并向上傳播。對(duì)于這一計(jì)算模型，根據(jù)波傳播理論，利用時(shí)域變換技術(shù)(即傅氏變換法)結(jié)合土體非線性特性的復(fù)阻尼模擬及等效線性化處理方法可以計(jì)算出場(chǎng)地介質(zhì)的動(dòng)力反應(yīng)值。

等效線性化土層地震反應(yīng)分析計(jì)算步驟總結(jié)如下:

2)根據(jù)第N層給定的輸入地震加速度時(shí)程a(t)，利用快速傅里葉變換確定a(t)所對(duì)應(yīng)的傅氏譜A(f)及相應(yīng)的計(jì)算基底輸入位移傅氏譜EN(f)。

6)如果檢查結(jié)果滿足精度要求，則進(jìn)行第7)步驟的計(jì)算，如果不滿足精度要求，則令并返回第3) ～第5)計(jì)算步驟，直到滿足第5)步精度要求為止。

7)計(jì)算并輸出各要求的量，如指定層層頂面處的反應(yīng)加速度時(shí)程、速度時(shí)程、反應(yīng)譜等，并結(jié)束計(jì)算。

3 材料及參數(shù)

1號(hào)線主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度:柱采用C45;頂板、底板、頂縱梁、底縱梁、邊墻、邊墻內(nèi)的暗梁、暗柱采用C35。中縱梁、中板、次梁采用C35。2號(hào)線主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度:柱采用C45;頂板、底板、頂縱梁、底縱梁、邊墻、邊墻內(nèi)的暗梁、暗柱采用C35。中縱梁、中板、次梁采用C35。西側(cè)主體結(jié)構(gòu)主要采用普通鋼筋HRB335級(jí);東側(cè)主體結(jié)構(gòu)縱向受力鋼筋主要采用普通鋼筋HRB400級(jí)，箍筋則采用普通鋼筋HRB335級(jí)。鋼筋的化學(xué)成分及含量限值、力學(xué)性能、延性與可焊性等要求符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的保證率要求不小于95%。

4 計(jì)算模型

呂厝站整體計(jì)算模型相當(dāng)龐大，其中結(jié)構(gòu)梁、柱構(gòu)件采用板單元和梁?jiǎn)卧M(jìn)行計(jì)算分析，土體采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬。

5 位移計(jì)算結(jié)果

車站主體結(jié)構(gòu)相對(duì)水平位移云圖如圖2，圖3所示，可見(jiàn)在地震組合工況作用下，相對(duì)位移值較小。

圖2 結(jié)構(gòu)水平位移云圖

圖3 結(jié)構(gòu)豎向位移云圖

6 主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

車站主體結(jié)構(gòu)梁、板、墻內(nèi)力如圖4～圖13所示。

圖4 結(jié)構(gòu)頂板Mxx彎矩圖

圖5 結(jié)構(gòu)頂板Myy彎矩圖

圖6 結(jié)構(gòu)-3層底板Mxx彎矩圖

圖7 結(jié)構(gòu)-3層底板Myy彎矩圖

圖8 側(cè)墻Mxx彎矩圖

圖9 側(cè)墻Myy彎矩圖

圖10 頂縱梁彎矩圖

圖11 中縱梁彎矩圖

圖12 底縱梁彎矩圖

圖13 立柱軸

7 結(jié)語(yǔ)

對(duì)呂厝站主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震分析，選用時(shí)程分析法作為本項(xiàng)目抗震分析的主要方法，建立結(jié)構(gòu)—基礎(chǔ)—地基整體模型，計(jì)算結(jié)果采用時(shí)程分析法的包絡(luò)值，并據(jù)此進(jìn)行 結(jié)構(gòu)截面的抗震設(shè)計(jì)。

根據(jù)上述抗震分析得出以下結(jié)論:

1)經(jīng)抗震分析可知在地震組合工況作用下，主體地下結(jié)構(gòu)的相對(duì)水平位移峰值均較小，其中主體結(jié)構(gòu)的最大相對(duì)水平位移峰值為12.3 mm。2)按照抗震分析的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果復(fù)核梁、柱、墻、板的配筋可知，全部構(gòu)件的實(shí)際配筋均滿足抗震分析要求。

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［5］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［6］GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［7］李建亮，趙 晶，李福海，等.隧道結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)程分析法的分析研究［J］.四川地震，2011(4):25-28.

［8］尤宇星，黃圣棕，謝文杰.建筑結(jié)構(gòu)時(shí)程分析法中天然地震波的選擇［J］.地震地磁觀測(cè)與研究，2011，32(4):22-26.

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