地铁地下车站结构的地震反应特性振动台试验研究

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1、地铁地下车站结构的地震反应特性振动台试验研究摘要：随着城市建设的不断发展，城市规模曰益扩大，地面空间和交通问题是影响城市发展的一个重要因素，建立地下交通体系已成为解决城市空间问题的一个十分有效的途径。近年来的地震灾害现象表明，地下结构在强地震作用下可能会出现严重的震害及次生灾害，城市大型地下工程的抗震安全性已成为倍受关注的社会问题之一。为此，本文主要对地铁地下车站结构的地震反应特性振动台试验进行了分析与探讨。关键词：地铁地下车站结构；地震反应特性；振动台试验一、土-结构相互作用的地铁地下车站结构模型将地基土-地铁地下车站结构

2、体系作为二维平面问题来分析，采用等效刚度法将圆形中柱等效成厚度为0.8m的连续墙.三层三跨地铁?站结构宽度为21.1m，高度为17.4m，结构上覆土层厚度为3.6m.地基的计算宽度为200m，基岩面为地震波输入边界，地基土的边界采用黏弹性人工边界，土体网格的大小从边界到结构逐步加密，划分体系的有限元网格。混凝土的动力本构模型采用动塑性损伤模型，选取有代表性的场地作为研究车站结构地震反应特性的场地条件，土的动力本构模型采用基于Davidenkov骨架曲线的动力黏弹性模型。以近断层地震动Northridge波、Chichi波和中

3、远场地震动Taft波作为整个体系的水平向输入地震动，在计算时将地震动的峰值加速度分别调整为O.lg和0.2g.1、加速度时程分析随埋深的增加，土体内各点的峰值加速度越来越小，峰值加速度减小的幅度越来越大；随着埋深的增加，频率的振幅与加速度峰值变化趋势相似。侧墙各点的正负极值出现的时刻相同，这说明各点会一起运动：频率的振幅也有与加速度相同的规律。中柱的加速度变化规律与侧墙的相似。土体中加速度峰值要比结构上的加速度峰值大：随着埋深的增加，两者的差值也逐渐变大；频率的振幅也有相同的规律。这说明结构与土存在相互作用，即土会对结构产生

4、很大的推力。随着输入地震波的强度增加，峰值加速度的放大倍数基本不变，频率的振幅则增加。频率随着输入地震波强度的增加而减小，这说明模型产生了细小的损伤，而使其刚度减小，频率振幅大于结构上频率振幅。2、应变分析中柱底端的应变时程曲线与输入波形非常相似，而在中柱顶端的应变与输入波形有区别。中柱顶端的应变峰值要大于底端的应变峰值，但在顶端的应变基本上一直保持在一个方向，而底端的应变则随地震波波形的变化而在正负方向来回变化。在发生反复运动时，混凝土材料更容易发生破坏。二、振动台实验技术振动模型试验是研究地下结构地震反应与抗震性能的重要

5、途径，主要包括普通振动台试验和离心机振动台试验。普通振动台试验是目前应用最为广泛的结构抗震试验方法，近年来，国内学者对地铁等地下结构的地震反应进行过多次振动台试验研究，取得了一定的研究成果。但普通振动台模型试验是在lg的重力加速度环境下进行的，由于模型与原型相比几何尺寸缩小到几分之一，因此在正常重力条件下，模型的应力水平尤其是自重应力水平与原型有一定差距。对于土-结构相互作用系统，由于土体为强非线性材料，其剪切模量为剪应变的函数，应力应变水平对土体承载力和变形有较大影响，因此振动台试验结果与实际情况相比可能会有一定差距。但是

6、振动台设备在国内数目相对较多，这为普通振动台试验的开展创造了有利的条件，因此，普通振动台试验今后仍将在研究地下结构地震反应与抗震性能方面发挥巨大的作用。对于普通振动台试验，如何能够更好地模拟原型结构与原型地基土体的应力水平尤其是自重应力水平，需要在模型相似设计、试验材料选取、配重施加等方面进行深入研究。离心机振动台试验通过增加模型的场加速度，可以模拟出与原型相等或相近的应力水平，逼真重现原型的物理特性，在再现动力反应、观测物理机制、检验评价方法以及对比设计方案等方面具有突出的优越性，在欧美、日本等发达国家得到了广泛的应用。目

7、前，动力离心模型试验技术已在国内岩土工程地震问题的研究中得到应用，并取得了良好的效果。三、振动台实验相关实例振动台模型试验由于尺寸的不足而必然涉及到模型与原型的相似问题，在地铁地下结构振动台试验中相似问题包括：模逝结构的相似、土的相似以及土与结构相互作用的相似。进行一般工程结构振动台试验时，模型完全相似就难以满足，再加上土以及地铁结构与土相互作用相似问题，做到完全满足相似率的要求就更加困难了，但通常可以根据研究目的的不同，保证主要参数满足相似关系，或采取相关技术措施（采用配重来增加重力加速度）等途径近似满足，而次要参数相似比

8、尽量与主要因素接近。在动力相似方面，以Harris为代表的学者对振动台上的动力相似理论进行了一系列的研究和探讨，发展了结构动力模型试验技术，但国内外对于结构-地基相互作用体系的动力相似研究还相对较少，仅吕西林通过对两种不同缩尺的振动台试验对比分析，对其进行了初步探讨。通过对地铁车站进行振动