软土场地地铁车站抗震计算的等代地震加速度法

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1、第30卷第1期2010年3月华南地震SOUTHCHINAJOURNALOFSEISMOLOGYVol.30,No.1Mar.,2010软土场地地铁车站抗震计算的等代地震加速度法商金华1,2,3，杨林德1,2（1.同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海200092；2.同济大学地下建筑与工程系，上海200092；3.山东电力工程咨询院有限公司，山东济南250000)摘要：将软土地层中地铁车站结构与周围土体地震时产生的水平加速度，以静态的水平加速度代替，使两者作用下结构内力最大值相等、出现部位相同，实现将动力问题转化为静力问题。结果表明，该方法能反映软土地层中两层三

2、跨地铁车站的在地震时的动力响应，是适用于工程设计的简单、实用的数值方法。关键词：地铁车站；地震响应；软土；等效静力；抗震计算中图分类号：TU352文献标识码：A文章编号：1001-8662（2010）01-0006-101概述伴随着地下工程数量的增多及地下结构震害的出现，尤其是1995年日本阪神地震造成的地铁车站和区间隧道的严重破坏（如图1所示），地铁车站结构的抗震性能已越来越受到人们关注。图11995年日本阪神地震中大开站的破坏情况Fig.1DamageofdakaisubwaystationinKobeearthquakeinJapanin1995地铁车站人流量大，

3、一旦遭到破坏，修复代价极高，由此造成重大的经济损失。因此，开展地铁车站抗震设计计算方法的研究非常必要。近几年来，国内外学者对地下结构的地震动响应，以及破坏机理展开了深入的研究［2~4］，特别是在试验研究与数值模拟方面已经取得了许多成果。同济大学在震害调查、软土地区典型地铁车站结构振动台试验等领域进行了一系列研究，并以实验为依据，建立动力时程法计算模型，用于软土地层中地下结构的地震响应分析［5~9］（见图2）。本文针对软土地铁车收稿日期：2009-11-16基金项目：上海市建设和交通委员会科学技术发展基金资助作者简介：商金华，男，1979年生，工学博士.主要从事地下结构抗震

4、分析.E-mail：loadpower@163.com站，以动力时程法的计算结果为基础，建立适用于工程设计的地铁车站结构抗震计算的等代地震加速度法。2基本原理地震发生后，在地震荷载作用下，地铁车站结构及周围土体产生可变的加速度。水平等代地震加速度法的原理就是以静态的水平加速度代替土体与结构的可变水平加速度，并使两者作用下结构内力最大值相等、出现位置相同。这样处理可将地下结构的动力响应问题转化为静力问题，简化计算过程，提高计算效率，方便工程抗震计算使用。对于地铁车站，采用动力时程分析法得到结构在地震时动力响应的内力，再按照极限作用效应相等的原则确定水平等代地震加速度的取值，

5、建立计算模型，以此计算结构内力。计算模型如图3所示。一般情况下，地铁车站结构设计所考虑的内力有三种：弯矩、剪力和轴力。按极限作用效应相等的原则对这三种内力进行分析时，一定超越概率的地震作用下将有三个不同的等代地震加速度取值。由于地下结构设计中截面设计的控制内力主要是弯矩，其次才是剪力和轴力，因而本文以使等代地震加速度法和动力时程法计算结果的最大弯矩值相等、出现位置相同为原则，确定等代地震加速度的取值。对剪力及轴力则通过引入修正系数予以确定，达到与动力时程法计算结果相一致的目的。影响等代地震加速度取值的因素很多，如图4所示。图2地铁车站结构抗震研究（同济大学，2000~2

6、009）Fig.2Thestructuralseismicresearchofsubwaystation(Tongjiuniversity,2000～2009)图3水平等代地震加速度法示意图Fig.3Theschematicofequivalentstaticmethod图4地铁结构水平等代地震加速度的影响因素Fig.4Theinfluencingfactorsofequivalentstaticmethodofsubwaystationstructure3水平等代地震加速度的分布建立等代地震加速度法，首先要确定等代加速度的分布形式，即在计算区域范围内，加速度取值沿深度方

7、向的变化规律。等代地震加速度的取值与地震时软土地层中土体加速度值的变化规律密切相关。世界范围内的地震一再表明软土对地震有放大效应，如1999年土耳其Kocaeli地震（TezcanSS，etal.2002）中，伊斯坦布尔城的Avcilar镇遭受了严重破坏，测得的基岩加速度只有0.04g，但地表最大加速度却高达0.25g，放大了6倍之多。美国加州强震观测计划（CSMIP）的土工台阵（GeotechnicalArray）记录到不同深度处的地震加速度，将不同深度处的加速度峰值与地表加速度峰值相比，得到各深度相对于地表加速度的峰值比，