长沙地铁车站在反应位移法下的抗震计算实例分析_孟祥筝

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1、铁道勘测与设计长沙地铁车站在反应位移法下的抗震计算实例分析孟祥筝(中铁第四勘察设计院集团有限公司城地院武汉430063)【摘要】介绍了地下结构在地震作用下的震害特点，明确了地下结构两种震害原因：围岩失稳和地震惯性力；分析地震系数法、反应位移法、反应加速度法、动力时程分析法各自的工程适用性，并通过对长沙地铁车站路站的抗震实例计算，得出了在长沙抗震工况不是控制工况的结论。【关键词】地下结构抗震设计方法反应位移法剪应力地震惯性力地质条件的复杂性与地下结构的受力特点是地下引言结构抗震研究的难点。美国、日本等国都曾对地随着国民经济的迅速提高，国民的生

2、活方式在铁等地下结构的抗震问题进行过研究，并提出了[4-7]衣、食、住、行等各个方面都有极大程度的改变。城实用的抗震设计方法，我国在这方面稍显落后。市化进程与日趋恶化的城市交通状况，令地铁成为目前，地铁等地下结构的抗震计算方法主要有地[1]解决公共交通问题的首选。近年来我国地铁交通震系数法、反应位移法、反应加速度法、动力时程事业发展迅猛，截止2014年，运营总里程约为分析法等。地震系数法是从地上结构抗震设计方[2]1800km，运营车站约为1200座。由于我国地处地法类比而来的，可以较好的解决地震惯性力引起震多发地带，地铁的抗震问题也日益凸

3、显。结构破坏。当地下车站自重相对于周边土体较小，惯性力不起支配作用时，此方法和反应加速度法1地铁车站的震害特点[8]一起失效。动力时程分析方法是目前最为先进与地上结构相比，地下结构的震害原因主要的计算方法，计算结果对土-岩本构关系和边界条[3]有两个：围岩失稳和地震惯性力，围岩失稳往往件的选取较为敏感，技术要求高，运算量较大，不是主要因素。围岩变形、差异位移、震陷和液化导适用于工程设计。反应位移法可较好的模拟地震致的围岩失稳，令地铁结构产生强制性位移而引作用下土-结构的相互作用，概念清晰，是较为实用发破坏。此类破坏主要发生在岩性差异较大、断

4、的计算方法。本文拟采用反应位移法对长沙地区层破碎带、浅埋地段或者结构刚度远远大于地层的地铁车站结构进行计算，期望形成长沙地铁抗刚度的围岩之中。地震惯性力引起的破坏主要发震计算的指导性结论。生在浅埋或明挖结构中，主要指强烈的地层运动3工程实例分析在结构中产生的强制惯性力。因为浅埋结构可能遭受上述两种破坏，所以它所遭受的地震破坏比3.1工程概况深埋结构要严重很多。由此可见，地下结构的抗本文采用长沙地铁3号线车站路站为研究对震能力主要体现在对地基地震变形和结构地基变象。该站为地下三层双柱岛式车站，总长269.69m，形的适应能力。标准段总宽22.

5、7m，中心里程底板埋深25.8m，顶板覆土约4m。车站范围地质条件见表1。2地下结构抗震研究的计算方法地下结构的抗震问题有其先天的研究难度。98铁道勘测与设计RAILWAYSURVEYANDDESIGN2015（4）长沙地铁车站在反应位移法下的抗震计算实例分析孟祥筝技术应用理论研究表1地质情况及参数表土层层厚（m）重度（kN/m3）侧压力系数黏聚力(kPa)摩擦角(。)基床系数（MPa/m）人工填土3.318.50.614147粉质粘土3.219.90.4342427粉质粘土2.919.70.4392430圆砾1.3210.3-4428强风

6、化泥质粉砂岩4.321.5-293490中风化泥质粉砂岩22.222-100342603.2计算模型及参数选取3.3.1土-结构相互作用施加给结构的地震效应长沙市轨道交通各地下车站的工程抗震设防各节点处的等效集中力F按式3.3-1计算：分类均为乙类，框架抗震等级为三级，按6度抗震F=ks；k=ALd(式3.3-1)设防烈度要求进行抗震验算，设计基本地震加速度式中，F为相对位移等效集中力；k为弹簧刚度值为0.05g，设计地震分组为第一组。车站路站场系数；s为土层位移，由一维土层反应分析得到；A地类别为II类。根据《长沙市轨道交通3号线一期为地

7、基水平向反力系数；L为弹簧间距；d计算断面工程场地地震安全性评价报告》选取车站路站基岩沿车站纵向的计算长度。处50年超越概率10%和50年超越概率2%两个概3.3.2车站的周边剪力率水准的地震参数进行计算。车站结构在土体的作用下，会在结构周边产生3.3反应位移法计算模型及计算三要素闭合的剪力，且按下式计算：反应位移法以一维土层地震反应计算为基础，a、顶板、底板处土层剪力由一维土层反应分析认为地下结构在地震时的反应主要由结构周围的得到；土体位移引起。通过地基弹簧，将土体位移转化为b、侧墙剪力近似计算方法如式3.3-2所示：静力等效荷载施加在地

8、下结构上，计算结构在一维侧墙=0.5×（顶板+底板）（式3.3-2）地震作用下的地震反应。其中地基弹簧考虑了结3.3.3地震惯性力构刚度与土体刚度的差异，是土体与结构之间定量地震