地鐵抗震ppt-反應位移法

地鐵車站抗震計算方法

——反應位移法

匯報人：楊龍中鐵第四勘察設計院集團有限公司一、地下建筑抗震在相關規(guī)范中的規(guī)定中鐵第四勘察設計院集團有限公司目錄三、地震波反演軟件EERA二、反應位移法一、地下建筑抗震在相關規(guī)范中的規(guī)定《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2010)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2010)第14.2.4條：地下建筑的抗震驗算，尚應符合下列規(guī)定：1、應進行多遇地震作用下截面承載力和構件變形的抗震驗算；2、對于不規(guī)則的地下建筑以及地下變電站和地下空間綜合體等，尚應進行罕遇地震作用下的抗震變形驗算。計算可采用本規(guī)范第5.5節(jié)的簡化方法，混凝土結構彈塑性層間位移角限值宜取1/250。中鐵第四勘察設計院集團有限公司《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范（報批稿）》(GBXXXX-XXXX)《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范（報批稿）》第3.2.4條：城市軌道交通結構的抗震性能要求不應低于表3.2.4的規(guī)定。：中鐵第四勘察設計院集團有限公司表3.2.4城市軌道交通結構抗震設防目標地震動水準抗震設防分類結構抗震性能要求等級重現(xiàn)期地上結構地下結構E1地震作用100特殊設防類ⅠⅠ重點設防類ⅠⅠ標準設防類ⅠⅠE2地震作用475特殊設防類ⅠⅠ重點設防類ⅡⅠ標準設防類ⅡⅠE3地震作用2450特殊設防類ⅡⅠ重點設防類ⅢⅡ標準設防類ⅢⅡ一、地下建筑抗震在相關規(guī)范中的規(guī)定《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范（報批稿）》(GBXXXX-XXXX)《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范（報批稿）》第3.2.1條：城市軌道交通結構的抗震性能要求應分成以下三個等級：性能要求I：地震后不破壞或輕微破壞，應能夠保持其正常使用功能；結構處于彈性工作階段；不應因結構的變形導致軌道的過大變形而影響行車安全。性能要求II：地震后可能破壞，經(jīng)修補，短期內應能恢復其正常使用功能；結構局部進入彈塑性工作階段。性能要求III：地震后可能產(chǎn)生較大破壞，但不應出現(xiàn)局部或整體倒毀，結構處于彈塑性工作階段。中鐵第四勘察設計院集團有限公司一、地下建筑抗震在相關規(guī)范中的規(guī)定一、地下建筑抗震在相關規(guī)范中的規(guī)定《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范（報批稿）》(GBXXXX-XXXX)《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范（報批稿）》第3.3.1條：抗震設計中地震反應的計算方法宜按表3.3.1采用。中鐵第四勘察設計院集團有限公司表3.3.1地震反應計算方法結構構件抗震設防類別性能要求設計計算方法高架區(qū)間結構特殊設防類I線性反應譜方法II非線性時程分析方法重點設防類、

標準設防類I線性反應譜方法II振動特性簡單的結構：彈塑性反應譜方法III振動特性復雜的結構：非線性時程分析方法高架車站結構重點設防類、

標準設防類I線性反應譜方法II振動特性簡單的結構：彈塑性反應譜方法III振動特性復雜的結構：非線性時程分析方法地下車站結構特殊設防類I反應位移法

反應加速度法

彈性時程分析方法需要考慮土層非線性時應采用非線性分析方法重點設防類、

標準設防類I（E2地震）反應位移法

反應加速度法II（E3地震）反應加速度法

非線性時程分析方法區(qū)間隧道結構重點設防類I反應位移法

反應加速度法II反應加速度法

非線性時程分析方法一、地下建筑抗震在相關規(guī)范中的規(guī)定《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范（報批稿）》(GBXXXX-XXXX)《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范（報批稿）》第10.1.1條：隧道與地下車站結構的抗震設計流程圖宜按圖10.1.1進行。中鐵第四勘察設計院集團有限公司一、地下建筑抗震在相關規(guī)范中的規(guī)定《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范（報批稿）》(GBXXXX-XXXX)第10.1.2條：遇有下述情況時，尚應按本規(guī)范第6.10節(jié)進行動力時程分析：1地下結構縱向的斷面變化較大或在橫向有結構連接；2地質條件沿地下結構縱向變化較大，軟硬不均；3隧道線路存在小半徑曲線。中鐵第四勘察設計院集團有限公司《地下鐵道建筑結構抗震設計規(guī)范》（上海規(guī)范）(DG/TJ08-2064-2009)第3.6.1條：地鐵建筑結構應進行設防烈度作用下的內力和變形分析，并假定結構和構件處于彈性工作狀態(tài)。第3.6.2條：進行設防烈度作用下的內力和彈性變形分析時，可根據(jù)結構特點采用彈性時程分析法，等代地震荷載法或反應位移法計算。第3.6.3條：進行罕遇地震作用下的內力和彈塑性變形分析時，可根據(jù)結構特點采用彈塑性時程分析法，或簡化方法計算結構的彈塑性變形。中鐵第四勘察設計院集團有限公司一、地下建筑抗震在相關規(guī)范中的規(guī)定結論：中鐵第四勘察設計院集團有限公司一、地下建筑抗震在相關規(guī)范中的規(guī)定結構構件地震等級設計計算方法驗算指標地下標準車站E2地震作用（設防地震）反應位移法截面承載力驗算、

變形驗算（彈性層間位移）E3地震作用（罕遇地震）彈塑性時程分析法、

簡化方法（反應位移法+增大系數(shù)）變形驗算（彈塑性層間位移）地下?lián)Q乘站、地質條件復雜E2地震作用（設防地震）彈性時程分析法截面承載力驗算、

變形驗算（彈性層間位移）E3地震作用（罕遇地震）彈塑性時程分析法變形驗算（彈塑性層間位移）1）基本原理

反應位移法假設地下結構地震反應的計算可簡化為平面應變問題，其在地震時的反應加速度、速度及位移等與周圍地層保持一致。因天然地層在不同深度上反應位移不用，地下結構在不同的深度上必然產(chǎn)生位移差。將該位移差以強制位移形式施加在地下結構上，并將其與其他工況的荷載進行組合，則可由按靜力問題進行計算，來得到地下結構在地震作用下的動內力和合內力。

反應位移法是一種靜力法。

二、反應位移法中鐵第四勘察設計院集團有限公司2）計算荷載及其組合：A、地震作用（土層相對位移、結構慣性力和結構周圍剪力作用）；B、非地震作用（土壓、水壓、自重等）取值、分類應按《地鐵設計規(guī)范》執(zhí)行；C、抗震設計荷載組合應按《建筑抗震設計規(guī)范》規(guī)定執(zhí)行。

二、反應位移法中鐵第四勘察設計院集團有限公司序號

荷載組合驗算工況重力荷載代表值偶然荷載永久荷載可變荷載地震荷載人防荷載1抗震荷載作用下構件強度驗算1.20.61.32抗震荷載作用下結構變形驗算1.00.51.03）地震作用計算方法：1、未對工程場地進行地震安全性評價時，計算方法可參照《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范》（報批稿）中的相關規(guī)定。2、已對工程場地進行地震安全性評價的：A、可采用日本相關資料（如：《停車場設計?施工指針同解說》、《大規(guī)模地下構造物の耐震設計法》）中的計算方法。B、地震波反演軟件EERA。

二、反應位移法中鐵第四勘察設計院集團有限公司二、反應位移法1、《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范》（報批稿）中的計算方法：1）土層相對位移：式中u

(z)：地震時場地深度z處土層的水平位移；

umax

：場地地表最大位移，取值按本規(guī)范規(guī)定；

H

：設計地震作用基準面的深度。土層變位產(chǎn)生的荷載：式中p

(z)：場地深度z處地震時單位面積上的土壓力；

kh

：地震時單位面積上的水平地基彈簧系數(shù)；

z

：地下結構上任一點至地表面的距離；

zB

：地下結構底板距地表面距離。中鐵第四勘察設計院集團有限公司二、反應位移法1、《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范》（報批稿）中的計算方法：地基彈簧剛度：式中k：壓縮或剪切地基彈簧剛度；

K

：基床系數(shù)；L：垂直于結構橫向的計算長度；

d：土層沿隧道與地下車站縱向的計算長度。2）結構慣性力：

式中fi：結構i單元上作用的慣性力；

mi

：結構i單位的質量；üi

：地下結構頂?shù)装逦恢锰幾杂赏翆影l(fā)生最大相對位移時刻，

自由土層對應于結構i單元位置處的加速度。中鐵第四勘察設計院集團有限公司二、反應位移法1、《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范》（報批稿）中的計算方法：3）結構周圍剪力：頂、底板處的剪力：

式中Gd

：地層動剪切模量；z：頂板、底板埋深；矩形結構側墻上的剪力：

式中τu：頂板處的剪力；

τb：底板處的剪力；中鐵第四勘察設計院集團有限公司二、反應位移法2、日本相關資料中的計算方法：1）土層相對位移：式中ua(z)：距地表面z處地層的水平位移幅值；

Su

：震動基準面的速度反應譜；

Ts

：地層的固有周期；

H

：地表面至震動基準面深度。土層變位產(chǎn)生的荷載：式中p

(z)：場地深度z處地震時單位面積上的土壓力；

kh

：地震時單位面積上的水平地基彈簧系數(shù)；

z

：地下結構上任一點至地表面的距離；

zB

：地下結構底板距地表面距離。中鐵第四勘察設計院集團有限公司二、反應位移法2、日本相關資料中的計算方法：地基彈簧剛度：《日本鐵道標準》對地基彈簧剛度給出了直接計算公式：a.豎直方向地基彈簧剛度：

Kv=2.0EDBV-1/2(砂質土)Kv=1.2EDBV-1(粘性土)Kv=1.58EDBV-3/4(砂質土、粘性土互層)式中

KV：豎直方向地基彈簧剛度（kN/m3）

ED：土體的變形系（kN/m2）

Bv：底板寬度（m）b.水平方向地基彈簧剛度：KH=1.58EDBH-3/4(砂質土、粘性土互層)式中

KH：豎直方向地基彈簧剛度（kN/m3）

ED：土體的變形系數(shù)（kN/m2）

Bv：側墻高度（m）c.頂?shù)装逋馏w剪切彈簧剛度：KSB

=Kv/3d.側墻土體剪切彈簧剛度：KSS=KH/3式中土體的變形系數(shù)：ED=2（1+ν）Gν：土體泊松比

G：土體的動剪切剛度（一維土層地震反應分析得到）中鐵第四勘察設計院集團有限公司二、反應位移法2、日本相關資料中的計算方法：2）結構地震時的慣性力：

（將位移對時間求兩次導）3）結構周圍剪力：頂、底板處的剪力：

式中Gd

：地層動剪切模量；z：頂板、底板埋深；矩形結構側墻上的剪力：中鐵第四勘察設計院集團有限公司二、反應位移法3、地震波反演軟件EERA：1）土層相對位移：利用EERA進行一維地震反應分析得到各土層的位移。土層變位產(chǎn)生的荷載：式中p

(z)：場地深度z處地震時單位面積上的土壓力；

kh

：地震時單位面積上的水平地基彈簧系數(shù)；

z

：地下結構上任一點至地表面的距離；

zB

：地下結構底板距地表面距離。中鐵第四勘察設計院集團有限公司二、反應位移法3、地震波反演軟件EERA：地基彈簧剛度：式中k：壓縮或剪切地基彈簧剛度；

K

：基床系數(shù)；L：垂直于結構橫向的計算長度；

d：土層沿隧道與地下車站縱向的計算長度。2）結構慣性力：

式中fi：結構i單元上作用的慣性力；

mi

：結構i單位的質量；ai

：地震時結構i單元處最大的加速度。中鐵第四勘察設計院集團有限公司二、反應位移法3、地震波反演軟件EERA：3）結構周圍剪力：頂、底板處的剪力：結構上下表面的土層剪力可由自由場土層地震反應分析來獲得，等于地震作用下結構周圍自由土層相應于結構上下表面處的剪力。矩形結構側墻上的剪力：

可近似采用公式：

式中τu：頂板處的剪力；

τb：底板處的剪力；或者將對應的結構單元各處土體的剪應力加權平均。中鐵第四勘察設計院集團有限公司三、地震波反演軟件EERA簡介：

EERA是整合在Excel中的一個調用SHAKE或SHAKE91的程序，由美國加州大學土木工程學院的J.P.BARDET,K.ICHII,C.H.LIN制作。………………Excel里面嵌入的一個宏，輸入一些數(shù)據(jù)，輸出一些數(shù)據(jù)。中鐵第四勘察設計院集團有限公司其他的，不知道EERA需要的信息計算前需要的信息3、地震動加速度時程安評報告單位提供1、車站結構尺寸確定頂板、底板的位置

2、車站土層信息確定地震基準面中鐵第四勘察設計院集團有限公司EERA計算前數(shù)據(jù)的處理1、確定地震基準面根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2010)第4.1.4條、《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范（報批稿）》第4.2.3條規(guī)定:一般情況下：場地覆蓋層厚度一般應按地面至剪切波速大于500m/s且其下臥各層巖土的剪切波速均不小于500m/s的土層頂面的距離確定。其他情況，見上述規(guī)范中條文。中鐵第四勘察設計院集團有限公司EERA計算前數(shù)據(jù)的處理2、對土層進行分層

一維地震反應分析應根據(jù)地基土分層及車站結構位置綜合考慮。實際操作中總結分層的三個原則：（1）原有地基土層的分界保留；

（2）結構頂板、底板處必須劃分出土層，并且盡量分別劃分兩層；（3）結構底板以上，劃分的土層厚度盡量在0.5m-1.0m之間，底板以下可以粗糙點。

實例見文件夾1。中鐵第四勘察設計院集團有限公司EERA計算前數(shù)據(jù)的處理3、地震動加速度時程數(shù)據(jù)

對地震動加速度時程數(shù)據(jù)進行處理，獲得想要的數(shù)據(jù)格式：

（1）將多行多列的數(shù)據(jù)