地下车站结构抗震分析

王 蕾

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

地下车站结构抗震分析

王 蕾

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

为了研究地下车站结构的抗震性能，以哈尔滨地铁文化宫站为例，选取主体结构标准断面建立有限元模型，并进行静力作用下结构内力计算，分别采用反应位移法和时程分析法两种方法对车站结构进行抗震效应计算，最后将计算结果进行了对比，结果表明：与静力荷载产生的内力相比，地震荷载产生的内力不能忽略，并且在地震作用下，结构顶板、底板中部，两侧墙与板交接处应力和变形较大，容易发生破坏。

地下结构，反应位移法，时程分析

0 引言

随着地上交通的日益拥挤，地铁地下车站成为缓解交通问题的重要形式。近年来，我国的地铁建设发展迅速，地下结构的设计规范也日趋完善，但对地下结构抗震方面的研究相对欠缺。实践证明，地下车站结构一旦遭受震害，震后修复工作将十分困难，地下交通也会受到很大影响。因此，研究地下结构的抗震问题具有重大意义[1，2]。

为了研究地下车站结构的抗震性能，本文运用SAP2000对车站标准段建立二维模型，然后分别进行静力计算和抗震分析，得出结构在地震作用下的受力特性，为工程实践提出建议[3-10]。

1 工程概况

本文以哈尔滨地铁2号线文化宫站为工程背景，建立有限元模型并进行静力计算和抗震分析。

1.1 车站结构基本概况

文化宫站位于中山路工人文化宫附近，沿中山路布置，呈西北—东南走向。文化宫站为地下2层标准岛式车站，车站内包尺寸为224.2 m(长)×18.3 m(宽)/22.1 m(盾构加宽处)，站台宽度11.0 m，地下1层为站厅层，地下2层为站台层。标准段地面标高取136.39 m，底板埋深约为17.36 m，顶板覆土厚约4 m，结构总高度13.36 m，文化宫站抗浮水位为128.50 m。 车站主体结构尺寸见表1，车站结构标准段横剖面见图1。

表1 车站主体结构尺寸 mm

1.2 工程地质条件

根据哈尔滨地铁2号线岩土工程勘察报告资料，选取WHZC-01钻孔的地层参数并综合考虑站区地质条件进行计算，场地土参数见表2。

表2 场地地质资料及场地土参数

2 计算模型与计算方法

文化宫站为地下2层单柱双跨现浇钢筋混凝土长条形箱形框架结构，内部结构横断面为板式箱形框架。结构计算模型为支承在弹性地基上的平面框架结构，结构底与土层之间的连接用弹簧模拟。本站分布均匀、规则且纵向较长，标准段为典型纵向平面受力结构，故沿纵向取单位长度进行典型断面结构分析。抗震计算分别采用反应位移法与时程分析法，计算时假定结构侧墙和地层之间通过弹簧相互作用，弹簧刚度根据土层的物理性质确定。

2.1 静力工况标准段结构内力计算

静力工况下结构计算采用荷载结构模式，采用有限元结构计算程序SAP2000进行计算分析。标准断面结构的计算简图见图2。

2.2 反应位移法

采用反应位移法进行地下结构地震反应计算时，考虑三种力的作用：土层位移产生的等效荷载、结构自身惯性力和结构周围剪力，计算模型采用梁单元，周围土体用地基弹簧模拟。反应位移法计算简图如图3所示。

2.3 时程分析法

3 计算结果

1)静力工况标准断面内力计算结果见图5。

内力统计截面位置见图6。静力工况结构标准段内力计算见表3。

由表3计算结果可见：从整体上看，结构下层由于受到较大的水反力作用，产生的弯矩和剪力与上层相比较大；结构顶、底板与侧墙的交接处都承受较大的弯矩和剪力，其中最大值出现在底板与侧墙交接处。另外，在顶底板与柱结合处也有较大的内力产生。所以在设计过程中，为了防止出现破坏，在内力较大的位置应采取一定的加强措施。

2)反应位移法计算结果见图7。

3)时程分析法计算结果见图8。

主体结构标准段反应位移法与时程分析法内力计算结果对比见表4。

表3 静力工况结构标准段内力计算结果表

表4 主体结构标准段反应位移法与时程分析法内力计算结果对比表

将分析结果进行对比可知：选择不同抗震计算方法，得到的结构内力计算结果有差异，反应位移法计算得出结构的最大弯矩发生在底板与侧墙交接处；而运用时程分析法，得到结构的最大弯矩发生在结构顶板与侧墙交接处。因此，在做结构的抗震计算分析时，应选取不同的计算方法进行对比分析，综合考虑结构在地震作用下的内力。

4 结语

1)通过对静力法、反应位移法及时程分析法的计算结果比较发现，反应位移法得到的结构内力最高为静力分析所得内力的46%，时程分析法得出的结构内力最高可达静力分析内力的75%，所以在实际的地铁车站设计中必须考虑结构的抗震要求。

2)结果表明，时程分析法得到的内力在结构上层起控制作用，反应位移法得到的内力在结构下层起控制作用，总体而言，反应位移法计算结果相对较小。作为一种静力分析方法，反应位移法不能准确模拟动态的地震作用，分析结果可能存在安全隐患。

3)通过建立有限元模型，对结构进行静力计算和抗震分析，可以发现：结构顶板、底板中部，两侧墙与板交接处应力和变形较大，容易破坏。因此在地下车站结构的设计和施工过程中，对上述部位应加以重视。

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[9] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[10] GB 50909—2014,城市轨道交通结构抗震设计规范[S].

Seismic analysis of underground station

Wang Lei

(CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

In order to study the seismic performance of underground station, Wenhuagong station in Harbin is taken as an example, the standard section of the main station is selected to sets up finite element models and calculating the internal force under static. Then calculating using different ways by displacement response method and dynamic time-history analysis, then compare the calculate results. The results indicate that, compared with the internal forces generated by static loads, the internal forces generated by seismic loads can’t be ignored. And under the earthquake action, the middle of the top board and baseboard and the both sides of wall-plate junctions have greater stress and deformation, make them easy to destroy.

underground structure, displacement response method, dynamic time-history analysis

2015-01-23

王 蕾(1990- )，女，在读硕士

1009-6825(2015)10-0038-03

TU354

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