廣州天河公園站主體結構抗震性能分析★

張 濤 曹振剛 吳 坤 寧子健 王 雁 盧曉明 岳焱超

(1.中鐵第一勘察設計院集團有限公司城建院，陜西 西安 710043； 2．西安交通大學人居學院，陜西 西安 710049)

廣州天河公園站主體結構抗震性能分析★

張 濤1曹振剛1*吳 坤1寧子健1王 雁2盧曉明2岳焱超2

(1.中鐵第一勘察設計院集團有限公司城建院，陜西 西安 710043； 2．西安交通大學人居學院，陜西 西安 710049)

采用MIDAS/Gens2014有限元軟件建立了廣州天河公園地鐵站主體結構的有限元模型，進行了抗震性能的計算分析，給出了主體結構的內力計算過程和結果，結果表明各項指標滿足規(guī)范。

地鐵車站，主體結構，抗震性能分析

0 引言

近年來，地面交通壓力的增大，地鐵發(fā)展呈明顯增長。由于地下結構大規(guī)模興建不足百年，地震災害記錄較少，所以地下結構的抗震常常被忽視。1995年日本阪神大地震中地下結構破壞嚴重，暴露了地下結構的抗震弱點，引起了工程界的重視[1]。

本文主要結合廣州天河公園地鐵站實際地鐵工程，對車站主體結構進行抗震性能分析。

1 工程概況

天河公園站位于黃埔大道與天府路交匯處東北象限天河公園地塊內,為21號線西端起點站，與11號線形成同臺換乘，配線型式為雙島四線，11號線在外側，21號線在內側并設置站后折返。

天河公園站為21號線、11號線、13號線的三線換乘車站，采用明挖順做法，21號線、11號線沿天府路南北向布置，車站有效站臺中心里程為YDK0+346.000，車站設計起點里程為YDK0+169.000，車站設計終點里程為YDK0+584.000,為地下2層18 m雙島式站臺車站，車站全長415.00 m，標準段寬為53.1 m,基坑深度17.5 m～18.7 m。13號線與21號線,11號線斜交，有效站臺中心里程為AK29+067.000。為一島兩側地下3層車站，全長253.153 m，寬34 m，基坑深度約30 m。

與21號線車站起點相接區(qū)間采用暗挖法施工，與車站終點相接區(qū)間采用明挖法施工；與11號線車站起點相接區(qū)間采用盾構法施工，與右線車站終點相接區(qū)間采用明挖法施工，左線車站終點相接區(qū)間采用盾構法施工；與13號線車站起點相接區(qū)間采用盾構法施工。

2 計算模型

2.1模型建立

本文采用MIDAS/Gens2014有限元軟件建立了主體結構的有限元模型，如圖1所示。結構周邊設置與土體等剛度的彈性邊界元(俗稱土彈簧)模擬土體，與結構共同作用，進行地下結構的時程分析。在該計算模型中，地連墻、疊合墻、承臺、樓板均采用板單元，樁、梁、柱等均采用梁單元。各單元的物理特性及截面屬性均按實際結構取值。

2.2三維地基土彈簧剛度的計算

根據王璐等人的研究[1]，三維地基彈簧系數與地下結構的縱向長度有關，地基彈簧系數隨結構縱向長度的增大而逐漸減小，但并非簡單線性變化，且變化范圍較大。三維地下結構的法向地基彈簧系數、三維切向彈簧系數詳見參考文獻[1]。根據參考文獻[1]研究表明，長寬比較大的結構，三維地基彈簧系數接近平面彈簧系數。本工程長寬比較大，故簡化使用平面彈簧系數。地基土彈簧剛度計算方法參考文獻[2]，如式(1)：

(1)

其中，ks為土彈簧的剛度;xz為結構在z處的位移;Ps為土的橫向壓力;σzx為土體對結構的橫向抗力;a為土層的厚度;bp為樁柱的寬度;z為土層深度;m為地基土比例系數。本工程a為單元長度，m=15 MN/m4，bp=1 m。

2.3地震波的選取

對于地鐵車站，破壞的主要原因是水平地震，故只考慮地震水平加速度的影響[3]。廣州地區(qū)沒有較大的地震記錄，故在分析中參考別的地區(qū)的地震資料[4]。本文使用了地震分析中常用的兩種典型波形，El-Centro波，T2波[3],見圖2，圖3。

3 時程分析計算結果

3.1車站位移結果

車站主體結構位移圖如圖4，圖5所示。

El波時程分析的結果，x方向最大位移分量為0.035 3 m，y方向最大位移分量為0.027 7 m，z方向最大位移分量為0.013 7 m；T2波時程分析的結果，x方向最大位移分量為0.092 7 m，y方向最大位移分量為0.067 3 m，z方向最大位移分量為0.036 0 m。

3.2車站主體結構板的計算

頂板彎矩分布較為均勻，大部分板彎矩為200 kN·m左右，El波作用下最大彎矩位于軸①～軸附近樓板開洞處，為2 410.2 kN·m，T2波作用下最大彎矩位于軸①～軸附近樓板開洞處，為20 091.2 kN·m。

3.3車站主體結構梁的計算

由分析可知，頂板梁的彎矩分布較為均勻，最大彎矩位于軸①～軸附近，El波作用下最大彎矩為10 395.0 kN·m，T2波作用下最大彎矩為26 122.2 kN·m。三層梁的最大彎矩位于軸①～軸附近，El波作用下最大彎矩為9 126.6 kN·m，T2波作用下最大彎矩為22 530.5 kN·m。三層梁的最大彎矩位于軸①～軸附近，El波作用下最大彎矩為8 909.9 kN·m，T2波作用下最大彎矩為22 737.0 kN·m。

3.4車站主體結構柱的計算

由分析可知，一層柱，軸①～軸⑨和軸①～軸⑩處的柱軸力較大，最大軸力位于軸①～軸⑩與軸①～軸交界處，El波作用下最大軸力為1 968.2 kN，T2波作用下最大軸力為4 968.8 kN。中間層柱，兩條線交界處(軸①～軸⑨至軸①～軸)軸力較大，結構兩端軸力較大，最大軸力位于軸②～軸⑨與軸②～軸的交界處，此處較為危險設計時應注意，El波作用下最大軸力為581.2 kN，T2波作用下最大軸力為1 363.1 kN。底層柱的最大軸力位于兩條線交界處，El波作用下最大軸力為247.0 kN，T2波作用下最大軸力為619.8 kN,見表1。

表1 時程分析結果最大值

4 結語

本文主要對天河公園站主體結構進行抗震性能的時程分析。根據上述分析得出以下結論：

1)抗震分析的內力計算結果，梁、柱、墻、板的實際配筋均滿足規(guī)范要求。

2)由圖4，圖5分析可得，車站結構的位移在兩種波的作用下均滿足規(guī)范要求[6]。

3)板的彎矩分布較為均勻，在開洞處彎矩較大。梁的彎矩在結構端部較大。

4)車站結構的各層柱的最大軸力都發(fā)生在21號線，11號線與13號線交叉處，此處是薄弱區(qū)，設計時需要注意。

5)由表1可以看出，不同地震波對內力影響很大。例如，在El-Centro波作用下，結構梁的最大彎矩為10 395.0 kN·m，而在T2波的作用下，相同位置處的結構的最大彎矩為26 645.9 kN·m。因此，在做時程分析時，地震波的選擇很重要[4]。但是，不同波作用下的分析結果，位移或內力的分布規(guī)律一致，位移或內力的最大值位置基本一致，結構的危險點一致。

[1] 王 璐.地下建筑結構實用抗震分析方法研究[D].重慶:重慶大學,2011.

[2] 丁曉敏,張季超,朱 超,等.基于MIDAS/Gen的地下結構抗震設計分析[J].建筑結構，2010(S2):21-24.

[3] 田雪娟.地鐵車站抗震分析[J].鐵道建筑技術,2012(6):67-73.

[4] 曹 資,薛素鐸,王雪生,等.空間結構抗震分析中的地震波選取與阻尼比取值[J].空間結構,2008,14(3):6-11.

[5] GB 50010—2010，混凝土結構設計規(guī)范[S]．

SeismicanalysisofsubwaystationofTianheparkstation★

ZhangTao1CaoZhengang1*WuKun1NingZijian1WangYan2LuXiaoming2YueYanchao2

(1.ChinaRailwayFirstSurveyandDesignInstituteGroup,UrbanConstructionInstitute,Xi’an710043,China； 2.Xi’anJiaotongUniversity,SchoolofHumanSettlementsandCivilEngineering,Xi’an710049,China)

This essay mainly states the calculation and analysis of the internal force of the main structure of Guangzhou Tianhe park subway station, using MIDAS/Gens2014 to establish the finite element model of the main structure, and it provides infomation on internal force calculative process and result of the main structure. The results show that the indicators meet the specifications.

subway station, main structure, seismic performance analysis

1009-6825(2017)28-0043-03

2017-07-23★:國家自然科學基金項目(51408481);鐵道第一勘察設計院集團有限公司科研項目資助

張 濤(1972- )，男，高級工程師

曹振剛(1974- )，男，高級工程師

TU311.3

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