暗挖地鐵車站結(jié)構(gòu)抗震因素分析

暗挖地鐵車站結(jié)構(gòu)抗震因素分析摘要：以在建的石家莊暗挖地鐵車站三教堂站為例，建立三維數(shù)值模型并進(jìn)行地震響應(yīng)分析，研究結(jié)構(gòu)在不同地震動輸入方式、不同地震波、不同加速度峰值、不同剛度的土層分類以及上覆土厚度等因素在地震作用下地鐵車站結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移及加速度放大系數(shù)的影響。結(jié)果表明：不同地震波作用下，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移及加速度動力響應(yīng)有很大區(qū)別；在不同加速度峰值地震波的作用下，隨著加速度峰值的增大結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移越大，但加速度放大系數(shù)基本不變；隨著土層剛度增大，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移及加速度放大系數(shù)減小；隨覆蓋土厚度的增大，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移、加速度放大系數(shù)也增大。關(guān)鍵詞：地震響應(yīng)；地震波；地下結(jié)構(gòu)；本構(gòu)模型；人工邊界FactorsAnalysisonUndergroundSubwayStationStructure

UnderSeismicDynamicResponseAbstract：TakingThreeChurchesstationofShijiazhuangsubwayinprogressforexample,settingupthreedimensionalmodelandcalculatingDynamicsimulation.StudyfactorsofdifferentinputmodeofSeismicwave,differentseismicwaves,differentpeakacceleration,differenthardnesssoillayerandthethicknessoftheoverlyingsoiletc,that'sfactorsinfluencetostress,displacement,accelerationunderThedynamicresponseofsubwaystation.Itisconcludedthatundertheeffectofdifferentseismicwave,thestructureofthestress,displacementandaccelerationdynamicresponseisverydifferent;Underdifferentpeakaccelerationofseismicwaveimpact,withtheincreaseofpeakacceleration,thestructureofthestressanddisplacementislarger,buttheaccelerationamplificationcoefficientremainunchangedapproximately;Withtheincreasesofhardnesssoillayer,thestructureofthestress,displacementandaccelerationmagnificationcoefficientdecreases;Withtheincreaseofthethicknessofcoveringsoil,thestructureofthestress,displacementandaccelerationmagnificationcoefficientisincreasedalso.Keywords:seismicresponse,seismicwave,undergroundstructures,constitutivemodel,artificialboundary1引言近年來，我國城市地鐵發(fā)展迅速，地鐵在城市交通中起到了越來越重要的作用，而地鐵車站抗震研究引起越來越多學(xué)者的關(guān)注。人們總是有一種舊的思想認(rèn)為在地震響應(yīng)下由于地層約束著結(jié)構(gòu)，地下結(jié)構(gòu)相對于地上結(jié)構(gòu)更為安全，但是近些年的一些地震中諸多城市的地下結(jié)構(gòu)都受到嚴(yán)重?fù)p壞，最典型的就是在1995年日本坂神地震中，神戶市以及阪神地區(qū)幾座城市的地下供水系統(tǒng)和污水排放系統(tǒng)遭受到嚴(yán)重的破壞［1-2］，給人們帶來巨大的損失，因此地下結(jié)構(gòu)抗震問題應(yīng)該引起人們的高度重視。在地鐵車站的數(shù)值模擬抗震研究中，越來越多的研究者用三維數(shù)值模型取代以往的二維模型，因為較二維數(shù)值模型而言，采用三維模型模擬地下結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)，能夠更加直觀、具體、精準(zhǔn)，更加符合工程的真實情況。本文通過對在建的石家莊暗挖地鐵車站三教堂站進(jìn)行動力響應(yīng)分析，研究影響暗挖地鐵車站抗震響應(yīng)的因素，并分析各種因素影響的程度，在實際的工程中應(yīng)該注意哪些因素帶來的負(fù)面影響，其研究成果對實際工程具有重要的參考和指導(dǎo)意義。土-地鐵車站結(jié)構(gòu)計算模型石家莊三教堂站為暗挖兩層三跨島式車站，暗挖段采用洞樁法施工，車站總長288.5m，其中暗挖段長202.5m，拱頂覆土厚度約為6m，車站寬度為23.7m，主體分為邊墻、中柱、頂板、中板及底板五大部分。其中結(jié)構(gòu)頂板厚度為1m，中板厚度為0.4m,側(cè)墻厚度為0.9m,底板厚度為1.2m,中柱為0.9m,車站拱頂部至底板高約為15.2m,方柱采用C50鋼筋混凝土，頂板、邊墻、底板、中板及縱梁、中隔墻采用C40鋼筋混凝土，模型的橫向計算寬度取80m（3~5倍的車站橫向?qū)挾龋?，縱向上側(cè)取值至地平面，縱向計算長度取55m,沿軌道方向上的計算長度取值50m。土-車站結(jié)構(gòu)模型見圖3-2,車站結(jié)構(gòu)模型見圖3-2。石家莊場地土層參數(shù)見表3-1。圖3-1土-車站結(jié)構(gòu)三維模型圖3-2車站結(jié)構(gòu)三維模型模型四周施加自由場邊界,底部施加粘性邊界用以模擬地震波的吸收,土體的動力本構(gòu)模型采用摩爾-庫倫本構(gòu)模型,結(jié)構(gòu)采用彈性本構(gòu)模型,本文選擇常在地震模擬中被采用的美國El-Centro地震波來進(jìn)行動力輸入,該地震波適用于中軟土場地,將原始加速度記錄按照結(jié)構(gòu)場地的設(shè)防烈度調(diào)整并反演后的加速度峰值為48.5cm/s2,加速度時程曲線分別如圖3-3所示。表3-1土層分布參數(shù)表編號土層名稱深度彈性模密度/(kNm-l)泊松內(nèi)摩擦角/°體積模量變形模量/m量/MPa比/u/MPa/MPa1素填土3.8150016000.3l5l2546

黃粉質(zhì)250018500.3125219772黏土63粉質(zhì)