考慮地震動(dòng)空間非一致性的地鐵車站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究

谷 音， 諶 凱, 吳懷強(qiáng)， 卓衛(wèi)東， 孫 穎

(福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福州 350108)

考慮地震動(dòng)空間非一致性的地鐵車站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究

谷 音， 諶 凱, 吳懷強(qiáng)， 卓衛(wèi)東， 孫 穎

(福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福州 350108)

長度超過百米的地下結(jié)構(gòu)受到地震動(dòng)空間變異性的影響較大，為深入了解粉質(zhì)黏土地基條件下地鐵車站在非一致地震動(dòng)激勵(lì)下的動(dòng)力反應(yīng)規(guī)律，設(shè)計(jì)并完成了粉質(zhì)黏土地基條件下非一致地震動(dòng)激勵(lì)下地鐵車站模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。為模擬粉質(zhì)黏土地基設(shè)計(jì)制作了剛性土箱，對(duì)模型材料配合比以及鋼筋配筋設(shè)計(jì)等進(jìn)行了分析研究，根據(jù)動(dòng)力相似理論，開展了縱向非一致地震動(dòng)激勵(lì)下地鐵車站結(jié)構(gòu)模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，通過對(duì)實(shí)測加速度、土壓力以及構(gòu)件應(yīng)力等試驗(yàn)結(jié)果的分析，得出地鐵車站結(jié)構(gòu)在地震波先后到達(dá)不同橫截面的動(dòng)力反應(yīng)差異、同一橫截面各構(gòu)件的動(dòng)力反應(yīng)差異以及地鐵車站結(jié)構(gòu)與土體的動(dòng)力反應(yīng)差異，得到縱向非一致地震動(dòng)激勵(lì)下地鐵車站結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)規(guī)律。

地鐵車站;粉質(zhì)黏土;振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn);非一致激勵(lì);地震反應(yīng)

早期由于地鐵建設(shè)數(shù)量有限，經(jīng)受過強(qiáng)震動(dòng)考驗(yàn)的地鐵結(jié)構(gòu)較少，缺乏地震動(dòng)破壞記錄，在很長一段時(shí)間內(nèi)形成了地震動(dòng)作用下地下結(jié)構(gòu)不易發(fā)生重大破壞的主觀認(rèn)識(shí)。1995年7.2級(jí)日本“阪神地震”對(duì)神戶市內(nèi)地下結(jié)構(gòu)造成了前所未有的破壞，地下鐵路、地下停車廠、地下隧道、地下商業(yè)街等大量地下工程均發(fā)生嚴(yán)重破壞[1]，引起學(xué)者對(duì)地下結(jié)構(gòu)抗震的重視。目前考慮地震作用下土-地上結(jié)構(gòu)相互動(dòng)力反應(yīng)的研究較多，對(duì)模型設(shè)計(jì)中的較多問題都有了較為細(xì)致的研究[2-3]。而地下結(jié)構(gòu)的研究依然存在許多問題亟待解決，近年來許多研究學(xué)者開展了不同車站截面形式和地基土質(zhì)情況下地鐵車站動(dòng)力反應(yīng)的振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究，并得出了地震反應(yīng)的一些特性和破壞規(guī)律[4-6]。季倩倩等[7]運(yùn)用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方法研究了橫向激勵(lì)作用下軟黏土地基中兩層三跨地鐵車站結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。陳國興等[8-9]完成了不同地質(zhì)條件下地鐵車站結(jié)構(gòu)的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究。景立平等[10]進(jìn)行了單箱(層狀剪切箱)粉質(zhì)黏土地基條件的多層車站結(jié)構(gòu)的三維振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，地鐵車站采用典型三層三跨地鐵車站，采用微?；炷梁图?xì)鋼絲模擬普通混凝土和鋼筋。大多數(shù)試驗(yàn)研究針對(duì)車站橫向地震動(dòng)反應(yīng)開展，對(duì)于地下結(jié)構(gòu)縱向地震反應(yīng)的研究較少。

地鐵車站結(jié)構(gòu)縱向長度一般在200 m左右，地震發(fā)生時(shí)，由于非一致地震空間引起的地鐵車站結(jié)構(gòu)的縱向內(nèi)力響應(yīng)差異不容小覷。傳統(tǒng)抗震研究通常僅考慮一致激勵(lì)作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，即認(rèn)為地面運(yùn)動(dòng)僅隨時(shí)間變化，而未考慮到地面運(yùn)動(dòng)的空間變化。實(shí)際上，地震是地殼相互作用產(chǎn)生的巨大能量傳播到地表使得地表震動(dòng)的一種現(xiàn)象，由于到達(dá)地表的時(shí)間及地質(zhì)情況的不同，到達(dá)地表的震動(dòng)存在差異，即地震動(dòng)存在非一致性。對(duì)于地下縱向長度較大的地鐵車站結(jié)構(gòu)而言，研究表明實(shí)際工程結(jié)構(gòu)超過100 m時(shí)，結(jié)構(gòu)的縱向內(nèi)力響應(yīng)就存在明顯的差異，目前考慮地震動(dòng)空間變異性的只有歐洲規(guī)范[11]。研究現(xiàn)狀表明目前地鐵車站結(jié)構(gòu)在縱向非一致地震激勵(lì)下的動(dòng)力反應(yīng)研究還較少。孟海等[12-16]運(yùn)用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方法，針對(duì)非一致地震激勵(lì)作用下軟土地基中地下綜合管廊的動(dòng)力反應(yīng)開展了一系列的研究，為長大地下結(jié)構(gòu)的縱向抗震試驗(yàn)研究提供了基礎(chǔ)。

以某實(shí)際地鐵車站工程為背景，設(shè)計(jì)了地鐵車站結(jié)構(gòu)非一致激勵(lì)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了粉質(zhì)黏土地基中的地鐵車站結(jié)構(gòu)在縱向非一致激勵(lì)作用下的動(dòng)力反應(yīng)規(guī)律。

1 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)概況

1.1模型相似比

模型車站結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)以某在建地鐵車站為原型，車站主體為整體結(jié)構(gòu)，中間內(nèi)設(shè)框架柱。該在建地鐵車站長172 m，寬21.26 m，高13.82 m，由于考慮到振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面尺寸及承載極限，將車站長度調(diào)整到135 m，按照相似比1/30縮尺后模型長4.5 m、寬0.7 m、高0.46 m。底梁截面尺寸為40 mm(寬)×30 mm(高)，中梁截面尺寸為20 mm×20 mm，頂梁截面尺寸為30 mm×30 mm，柱子截面尺寸為34 mm(縱向)×20 mm(橫向),柱子中心間距為260 mm。車站結(jié)構(gòu)橫截面及截面編號(hào)如圖1所示。

采用福州大學(xué)三臺(tái)陣振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三個(gè)振動(dòng)臺(tái)，中間臺(tái)為固定的4 m×4 m水平雙向振動(dòng)臺(tái)，兩邊各有一個(gè)2.5 m×2.5 m可移動(dòng)的水平雙向振動(dòng)臺(tái)，三個(gè)臺(tái)呈直線布置。本試驗(yàn)采用中間固定臺(tái)與左邊可移動(dòng)小臺(tái)兩個(gè)臺(tái)協(xié)同工作。根據(jù)相似理論的要求及振動(dòng)臺(tái)設(shè)備承載能力，確定模型與原型結(jié)構(gòu)幾何尺寸相似比為1/30?？紤]到模型車站個(gè)別構(gòu)件截面尺寸較小，為防止人工配重過程中對(duì)模型車站構(gòu)件造成損傷，忽略重力相似率，直接采用彈性相似率。根據(jù)相似理論彈性相似率各物理量之間的相似關(guān)系[17]，各物理量的相似比如表1所示。

(a) 車站模型橫截面圖

(b) 車站模型立面圖及截面編號(hào)

物理量量綱系統(tǒng)相似關(guān)系相似比幾何特性幾何尺寸l[L]λl1/25位移u[L][ε]λu=λlλε1/25材料特性彈性模量E[L][ρ][g][ε]-1λE=λlλρλg/λε1/4密度ρ[ρ]λρ1應(yīng)變?chǔ)臶ε]λε1應(yīng)力σ[ρ][L][g]λσ=λlλρλg1/4動(dòng)力特性時(shí)間t[L]0.5[g]-0.5[ε]0.5λt=(λlλε/λg)0.50.0745頻率ω[L]-0.5[g]0.5[ε]-0.5λw=(λlλε/λg)-0.513.416加速度a[g]λa=λg6.25

1.2模型材料設(shè)計(jì)

目前最好的方法是用微?；炷链嫫胀ɑ炷翝仓Ｐ蛙囌窘Y(jié)構(gòu)。根據(jù)季倩倩對(duì)微?；炷恋难芯拷Y(jié)果，本試驗(yàn)采用添加石灰的方法以降低微?；炷翉椥阅Ａ繌亩_(dá)到試驗(yàn)要求。微?；炷僚c混凝土彈性模量相似比取1/4。

配置了不同配合比的微?；炷猎噳K以確定材料彈性模量和強(qiáng)度，其中用來測定微粒混凝土強(qiáng)度的試塊尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，用來測定微粒混凝土彈性模量的試塊尺寸為100 mm×100 mm×300 mm。試配完成后選用制作模型車站的微?；炷僚浜媳葹椋?25#水泥(1)：粗砂(6)：石灰(1)：水(1.4)。

由于鐵絲與鋼筋的屈服強(qiáng)度和彈性模量不一樣，采用EsAs或fsAs相似進(jìn)行模型配筋設(shè)計(jì)，結(jié)果是不同的。如果采用EsAs相似設(shè)計(jì)配筋，則配筋剛度和應(yīng)變都是準(zhǔn)確的，但會(huì)影響到構(gòu)件的極限承載力。如果采用fsAs相似設(shè)計(jì)配筋，則構(gòu)件的極限承載力是準(zhǔn)確的。但鋼筋應(yīng)變與原型會(huì)略有差異。但考慮到模型結(jié)構(gòu)的剛度在彈性階段主要由微?；炷翉椥阅Ａ繘Q定，在彈塑性階段主要有微?；炷翉椥阅Ａ考皹?gòu)件損傷情況決定，因此鋼筋的剛度本身對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度影響很小，所以，試驗(yàn)采用fsAs相似設(shè)計(jì)配筋。模型車站配筋依據(jù)軸向參數(shù)fsAs的相似進(jìn)行計(jì)算。由于考慮到按照相似比例1/30較小，很難完全按照計(jì)算得到的鐵絲直徑進(jìn)行模型配筋，需簡化模型配筋。簡化配筋設(shè)計(jì)思路為：先按照不簡化布置進(jìn)行模型配筋設(shè)計(jì)；然后再對(duì)模型配筋進(jìn)行簡化，簡化的原則是模型的配筋面積及相應(yīng)配筋率保持不變，根據(jù)式(1)和(2)得到的配筋如圖2所示。

圖2 車站框架配筋圖(mm)

模型縱筋簡化公式為

(1)

梁、柱箍筋簡化公式為

(2)

地基土直接采用現(xiàn)場地鐵車站施工中開挖出來的粉質(zhì)黏土作為原型土。用卡車將粉黏土運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，剔除土中雜質(zhì)，對(duì)該粉質(zhì)黏土進(jìn)行了基本的土工試驗(yàn)，測得總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)ccu，φcu和有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c′，φ′，測定土的基本物理性質(zhì)如表2所示。

表2 模型地基土基本物理性質(zhì)

采用等效線性模型描述試驗(yàn)土的動(dòng)剪應(yīng)力和剪應(yīng)變關(guān)系。篇幅所限，圖3僅給出了土動(dòng)力試驗(yàn)?zāi)彻r下的動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)變的關(guān)系及其骨架曲線，采用等效線性化方法進(jìn)行了擬合，獲得等效剪切模量和等效阻尼比提供給后續(xù)的數(shù)值模型。

(a) 動(dòng)荷載應(yīng)力應(yīng)變曲線

(b) 應(yīng)力應(yīng)變骨架曲線

1.3模型土箱

模型鋼箱采用長300 mm、寬240 mm、厚14 mm的成型鋼板作為鋼箱底板，四周采用80 mm×80 mm×8 mm的等邊角鋼焊接成骨架，箱內(nèi)壁將4.5 mm的成型鋼板與角鋼骨架焊接而成。根據(jù)史曉軍等提出模型結(jié)構(gòu)中部外露長度不超過500 mm對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)較小，可忽略不計(jì)，設(shè)計(jì)方案如圖4所示，采用兩個(gè)土箱，其中車站中部外露段為50 mm。根據(jù)文獻(xiàn)[20]針對(duì)消除箱壁鋼板邊界效應(yīng)進(jìn)行的系列參數(shù)研究，鋼箱的基頻為61.14 Hz，而土箱模型1階和30階的固有頻率分別為9.43 Hz和10.17 Hz。由此可知鋼箱的基頻與整體結(jié)構(gòu)前30階頻率相差6倍之多。因此鋼箱與整體模型可不考慮共振因素。試驗(yàn)采用了在模型鋼箱的內(nèi)壁墊聚苯乙烯泡沫塑料板，平行振動(dòng)方向箱壁墊厚度為20 cm的聚苯乙烯泡沫塑料板，在垂直振動(dòng)方向的箱壁墊厚度為17.5 cm的聚苯乙烯泡沫塑料板。該泡沫板厚度壓縮10%時(shí)的動(dòng)彈性模量為4.13 MPa。將制作

圖4 模型整體立面示意圖(mm)

好的模型鋼箱用高強(qiáng)螺栓固定在振動(dòng)臺(tái)上。制作完成的模型如圖5所示。

(a) 車站模型

(b) 整體模型

1.4傳感器布置與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

試驗(yàn)主要研究車站各構(gòu)件的應(yīng)變反應(yīng)、車站整體結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)、周圍場地土加速度反應(yīng)和車站-土體間相互作用土壓力。模型車站截面編號(hào)如圖4所示。2號(hào)臺(tái)上L-L截面的應(yīng)變計(jì)、加速度傳感器、土壓力計(jì)如圖6所示。1號(hào)臺(tái)的R-R截面應(yīng)變測點(diǎn)布置編號(hào)與L-L截面測點(diǎn)布置編號(hào)一致。其中S為上層柱編號(hào)位置，X為下層柱編號(hào)位置。

2 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1模型加載工況及自振頻率

試驗(yàn)選用了EI-Centro波、Chi-Chi波和Kobe波三條不同頻譜的地震波，如圖7所示。按照各個(gè)工況加速度峰值將實(shí)測原始波數(shù)據(jù)等比例調(diào)幅，并進(jìn)行時(shí)間縮尺寸?？紤]非一致地震動(dòng)采用30度斜入射地震波的影響，采用數(shù)值方法計(jì)算得到兩振動(dòng)臺(tái)基底平均加速度，得到相應(yīng)輸入加速度[21]。

從0.1 g加載到0.8 g，每級(jí)0.01 g共24個(gè)工況。試驗(yàn)每個(gè)工況開始之前分別采用幅值為0.05 g的白噪聲對(duì)模型體系進(jìn)行掃描，利用模型鋼箱上的加速度傳感器的頻域傳遞函數(shù)求得模型體系的自振頻率， 通過分析振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)白噪聲工況下多個(gè)測點(diǎn)加速度反應(yīng)譜，其峰值結(jié)果基本一致。如圖8所示，反應(yīng)譜首次峰值出現(xiàn)于12.62 Hz，模型體系隨試驗(yàn)工況的逐級(jí)加載，模型體系的一階自振頻率略有降低[18]。

2.2加速度

圖9分別給出了各地震波在不同輸入PGA情況下各測點(diǎn)加速度峰值變化情況及不同深度測點(diǎn)相對(duì)臺(tái)面輸入的地震動(dòng)放大系數(shù)。

(a) 加速度計(jì)位置

(b) 土壓力計(jì)布置圖

(d) 應(yīng)變計(jì)布置圖

圖7 三條地震波加速度時(shí)程曲線

從圖9(a)可以看出，各截面加速度較為一致，外露段Z-Z截面的加速度沒有出現(xiàn)突變等情況。隨著加載工況的增大，各測點(diǎn)記錄的加速度幅值整體呈增大趨勢(shì)，0.1 g至0.5 g工況，測點(diǎn)加速度幅值呈現(xiàn)線性增大的趨勢(shì)，土體處于彈性階段。在0.6 g工況下突變的原

圖8 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)基頻結(jié)果

因可能是土體進(jìn)入了塑性。Kobe波在0.6 g之后振動(dòng)臺(tái)無法再繼續(xù)增加加速度，其最大輸入加速度為0.6 g。

從圖9(b)可以看出，在輸入地震動(dòng)峰值較小的工況下，各測點(diǎn)加速度放大系數(shù)均大于1，土體對(duì)地震波

有明顯的放大效應(yīng)。隨著工況中加速度峰值的增大，Elcentro和Kobe波的加速度放大系數(shù)先增大后減小， Chichi波的加速度放大系數(shù)隨著加速度峰值的增加減小，一些工況下的放大系數(shù)小于1，土體對(duì)輸入地震波起到減弱作用，部分土體可能進(jìn)入了塑性階段。車站縱向上1號(hào)臺(tái)R-R截面和2號(hào)臺(tái)的L-L截面的車站底面加速度的比較可以看出，二者變化趨勢(shì)基本一致。但相比地震波后到達(dá)的L-L截面，R-R截面加速度反應(yīng)稍大，可見地震波頻譜成分相似時(shí)，地震波先到達(dá)一端車站截面較后到達(dá)一端反應(yīng)更大。

在車站同一截面上，除0.6 g Kobe工況外，加速度反應(yīng)大小依次是，頂板最大，中板次之，底板最小，這主要是因?yàn)檐囌痉磻?yīng)受土體位移控制作用，而在0.6 g工況下，加速度反應(yīng)大小依次是，頂板最小，中板次之，底板最大。

(a) 各測點(diǎn)加速度

(b) 車站測點(diǎn)加速度放大系數(shù)

(c) 車站測點(diǎn)加速度放大系數(shù)比較

2.4車站結(jié)構(gòu)應(yīng)變

鑒于篇幅所限，表3列舉了Elcentro幾個(gè)工況對(duì)應(yīng)的中柱應(yīng)變峰值。從表數(shù)據(jù)中可以看出，比較1號(hào)臺(tái)和2號(hào)臺(tái)的結(jié)果，地震波先到達(dá)截面較地震波后到達(dá)截面應(yīng)變反應(yīng)幅值大。以往震害現(xiàn)象為地鐵車站結(jié)構(gòu)的中柱應(yīng)變比邊柱的要大，且中柱底部應(yīng)變最大，因此中柱底部是最易損的位置。同截面的數(shù)據(jù)比較也可以看出車站下層中柱底部應(yīng)變幅值最大。中柱應(yīng)變依次為：車站下層中柱底部應(yīng)變大于頂部應(yīng)變，車站上層中柱頂部應(yīng)變幅值大于柱底部應(yīng)變值。對(duì)于側(cè)墻而言，下層比上層應(yīng)變值大。在側(cè)墻與樓板連接處：側(cè)墻與底板連接處應(yīng)變幅值最大，其次是側(cè)墻與中板連接處應(yīng)變值， 側(cè)墻與頂板連接處應(yīng)變幅值最小。從圖9中不同地震波情況下的中柱底的應(yīng)變值比較可以看出，不同地震波激勵(lì)下，車站構(gòu)件的R-R截面下層柱底位置在Kobe波激勵(lì)下應(yīng)變反應(yīng)幅值最大，Chi-Chi波次之，El-Centro波最??；L-L截面下層柱底位置應(yīng)變反應(yīng)規(guī)律相似，但數(shù)值有差別。

表3Elcentro波輸入下車站主要構(gòu)件應(yīng)變幅值

Tab.3 The maximum amplitude of strain for the elements of station under Elcentro wavesμε

圖10 截面最不利位置應(yīng)力應(yīng)變圖

2.5土壓力

對(duì)車站兩端封口，并在車站頂板、中板、底板位置布設(shè)動(dòng)態(tài)土壓力計(jì)，如圖6(b)所示。將P1、P2、P3和P5記錄的土壓力幅值整理如表4所示。在車站端部截面沿高度方向上，中部土壓力最大，兩頭土壓力較中部小。

圖11分別給出了不同地震波輸入下，1號(hào)和2號(hào)臺(tái)車站中板旁測點(diǎn)土壓力幅值的比較圖，從圖中可以看出，1號(hào)臺(tái)地震波先到達(dá)一端土壓力幅值較后2號(hào)臺(tái)后到達(dá)一端土壓力的幅值大。在相同峰值加速度不同地震波激勵(lì)下，受輸入地震波特性影響，地震波先后到達(dá)端部土壓力反應(yīng)差值的大小依次為，Kobe波最大，Chi-Chi波次之，El-Centro波最小。

表4 各工況下土壓力幅值

(a) 1號(hào)臺(tái)

(b) 2號(hào)臺(tái)

3 結(jié) 論

以長大地鐵車站結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，采用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方法研究了粉質(zhì)黏土地基中的地鐵車站結(jié)構(gòu)在縱向非一致激勵(lì)作用下的動(dòng)力反應(yīng)規(guī)律，本文的主要研究結(jié)論如下：

(1) 設(shè)計(jì)了地鐵車站結(jié)構(gòu)非一致激勵(lì)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，選定鋼箱為模型土箱，內(nèi)襯泡沫塑料板；同時(shí)，對(duì)制作車站模型材料進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)325#水泥、粗砂、石灰和水按照1∶6∶1∶1.4的配合比可較好地滿足試驗(yàn)對(duì)材料的相似比要求；對(duì)鋼筋配筋設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析研究，選用直徑為2 mm的鍍鋅鐵絲按照相同配筋率對(duì)模型車站進(jìn)行配筋。

(2) 隨著輸入地震波峰值加速度的增大，地鐵車站結(jié)構(gòu)模型的一階自振頻率逐漸降低，整體剛度有所減弱。不同頻率的地震波作用下，結(jié)構(gòu)和土的反應(yīng)有差異，粉質(zhì)黏土對(duì)地震波有選擇性，其中，Kobe波激勵(lì)下結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)最大，El-Centro波激勵(lì)下結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)最小。其地震波引起的非一致性差異也較為明顯，考慮地震波的非一致影響時(shí)，Kobe波的非一致影響也較其它兩條波大。

(3) 縱向地震作用下，考慮非一致輸入波動(dòng)的行波效應(yīng)，地震波先到達(dá)一端截面的加速度反應(yīng)、應(yīng)力(應(yīng)變)反應(yīng)均比后到達(dá)的另一端截面的數(shù)值大。地鐵車站結(jié)構(gòu)端部土壓力反應(yīng)沿車站高度方向呈現(xiàn)上下兩頭小、中間大的規(guī)律，地震波先到達(dá)一端土壓力反應(yīng)較后到達(dá)的另一端土壓力反應(yīng)大。

(4) 為了考慮縱向非一致性，同時(shí)保證試驗(yàn)的比例尺不失真，包含地基土和地下長大結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵?guī)模較大，振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)條件的限制使得加速度難以加載到地基土進(jìn)入較強(qiáng)的非線性，非一致地震波動(dòng)中的豎向難以考慮。

(5) 由于試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)輸入的特殊性，無法真實(shí)反映地震動(dòng)非一致空間引起的構(gòu)件內(nèi)力反應(yīng)的分布，僅僅采用非一致輸入引起某觀測點(diǎn)內(nèi)力和變形對(duì)比結(jié)果體現(xiàn)其影響。從試驗(yàn)中直接獲得強(qiáng)震下非一致地震動(dòng)空間對(duì)地下結(jié)構(gòu)的影響還需要從試驗(yàn)裝置上進(jìn)行更加深入的研究。

[1] 張慶賀,朱合華,莊榮.地鐵與輕軌[M].北京:人民交通出版社,2002.318-319.

[2] 劉紅彪, 李宏男. 地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嗨圃O(shè)計(jì)中的材料彈性模量取值問題研究[J]. 振動(dòng)與沖擊, 2016, 35(3):114-120.

LIU Hongbiao, LI Hongnan. Evaluation method for material elastic modulus in the similitude design of structural shaking table test[J]. Journal of Vibration and Shock, 2016, 35(3):114-120.

[3] 于旭, 莊海洋, 朱超,等. 軟夾層地基上多層隔震結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J]. 振動(dòng)與沖擊, 2015,34(24):104-110.

YU Xu, ZHUANG Haiyang, ZHU Chao, et al. Shaking table tests on the modal of a multi-story isolated structure on the ground with softer interlayer[J]. Journal of Vibration and Shock, 2015,34(24):104-110.

[4] 楊林德,王國波,鄭永來,等.地鐵車站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)及地震響應(yīng)的三維數(shù)值模擬[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007,26(8):1538-1545.

YANG Linde, WANG Guobo, ZHENG Yonglai, et al. Shaking table test on metro station structure and 3D numerical simulation of seismic response[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2007,26 (8): 1538-1545.

[5] 陶連金,王沛霖,邊金.典型地鐵車站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,32(9):798-801.

TAO Lianjin, WANG Peilin, BIAN Jin. A shaking table test method on the representative subway station structure[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2006,32(9): 798-801.

[6] HUANG Jun, TAO Lianjin, BIAN Jin. Data acquisition technology of large scale shaking table test of Subway Station Structure[C]. International Conference on Structural Computation and Geotechnical Mechanics, 2012.

[7] 季倩倩.地鐵車站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2002.

[8] 陳國興,王志華,左熹,等.近遠(yuǎn)場地震作用下液化地基上地鐵車站結(jié)構(gòu)動(dòng)力損傷特性的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)[C]. 第五屆全國防震減災(zāi)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集, 武漢. 2010,11月.

[9] 左熹,陳國興,王志華,等.近遠(yuǎn)場地震動(dòng)作用下地鐵車站結(jié)構(gòu)地基液化效應(yīng)的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)[J].巖土力學(xué),2010,31(12):3733-3740.

ZUO Xi, CHEN Guoxing, WANG Zhihua,et al. Shaking table test on ground liquefaction effect of soil-metro station structure under near-and-far field ground motions[J]. Geotechnical Mechanics, 2010,31 (12): 3733-3740.

[10] 景立平,孟憲春,孫海峰,等.三層地鐵車站振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)分析[J].地震工程和工程振動(dòng),2011,31(6):159-166.

JING Liping, MENG Xianchun, SUN Haifeng, et al. Shaking table test analysis of three-story subway station[J]. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration,2011,31(6):159-166.

[11] European Committee for Standardization. Eurocode 8: Structutes in seismic regions-design part2: Bridges[S]. Brussels: European Committee for Standar-dization,1995.

[12] 孟海,李杰,陳雋.埋地有接頭管-土非一致激勵(lì)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào),2010,42(5):683-689.

MENG Hai, LI Jie, CHEN Jun. Shaking table test of soil-pipe with joint dynamic interaction under non-uniform earthquake wave excitation[J]. Journal of Xi’an University of Architecture and Technology, 2010,42(5):683-689.

[13] 史曉軍,陳雋,李杰.非一致地震激勵(lì)地下綜合管廊振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究(Ⅰ) ——試驗(yàn)方法[J].地震工程和工程振動(dòng),2010,30(1):147-154.

SHI Xiaojun, CHEN Jun, LI Jie. Shaking table test on utility tunnel under non-uniform seismic excitations (Ⅰ): Experimental setup[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2010,30(1):147-154.

[14] 陳雋,史曉軍,李杰.非一致地震激勵(lì)地下綜合管廊振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究(Ⅱ)——試驗(yàn)結(jié)果[J].地震工程和工程振動(dòng),2010,30(2):123-130.

CHEN Jun, SHI Xiaojun, LI Jie. Shaking table test of utility tunnel under non-uniform seismic excitations(Ⅱ): Experimental results[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2010,30(2): 130-133.

[15] 史曉軍.非一致地震激勵(lì)地下綜合管廊大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2008.

[16] 史曉軍,陳雋,李杰.地下綜合管廊大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究[J].地震工程和工程振動(dòng),2008,28(6):116-123.

SHI Xiaojun, CHEN Jun, LI Jie. Shaking table test on underground utility tunnel[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2008,28(6):116-123.

[17] 孟海,陳雋,李杰,等.地下管線-土非一致激勵(lì)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2008,4(5):852-859.

MENG Hai, CHEN Jun, LI Jie, et al. Shaking table test of soil-pipe dynamic interaction under non-uniform earthquake wave excitation[J]. Journal of Underground Space and Engineering, 2008,4(5):852-859.

[18] 吳華勇.地下管線-土體相互作用試驗(yàn)研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2006.

[19] 諶凱. 基于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的地鐵車站結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析[D]. 福州: 福州大學(xué), 2014.

[20] 蔡隆文, 谷音, 卓衛(wèi)東, 莊舒曼. 基于有限元分析的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)土箱邊界效應(yīng)研究[C].第23屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(第Ⅱ冊(cè)), 廣州, 2014.

[21] 蔡隆文. 考慮地震動(dòng)空間非一致性的地鐵地下結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬研究[D]. 福州: 福州大學(xué), 2015.

Shakingtabletestsforasubwaystationstructureunderspatiallynon-uniformgroundmotion

GU Yin, CHEN Kai, WU Huaiqiang, ZHUO Weidong, SUN Yin

(College of Civil Engineering， Fuzhou University， Fuzhoun 350108， China)

The spatially non-uniform ground motion has a larger influence on an underground structure with its length of more than 100 meters. The shaking table test scheme was designed, a scaled subway station model with a silty clay foundation under a non-uniform input earthquake wave excitation was chosen. Rigid soil boxes were made to imitate the silty clay foundation, the test model’s material mix proportion and the design of concrete iron reinforcement was analysed. Numerical simulation was conducted to verify the scheme’s correctness. According the dynamic similarity theory, the shaking table tests were conducted on the subway station model under a non-uniform seismic input. Through analyzing test data, such as, measured accelerations, soil pressure and components’ stress, etc., it was shown that there are differences among dynamic responses of the station model’s different cross sections due to seismic wave successively arriving; there are differences among dynamic responses of different components in the same cross section plane; there are differences between the station and soil’s dynamic responses; so, the dynamic response laws of the station under non-uniform seismic excitation are obtained.

subway station; silty clay; shaking table tests; non-uniform earthquake wave; seismic response

國家自然科學(xué)基金(51108088;51578157)

2015-12-23 修改稿收到日期：2016-07-12

谷音 女，博士，教授，1976年生

TU91

： A

10.13465/j.cnki.jvs.2017.17.037