地鐵車站的抗震時(shí)程分析探討摘要：本文通過北京XX號(hào)線XXX站的抗震分析，探討了地鐵車站的抗震方法及內(nèi)容，為地鐵車站抗震計(jì)算提供了一定的參考和借鑒。關(guān)鍵詞：反應(yīng)位移法時(shí)程分析法層間位移角加速度地鐵車站城市軌道交通工程隧道及地下車站結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)計(jì)算方法有慣性力法、反應(yīng)位移法、反應(yīng)加速度法、彈性時(shí)程分析法、非線性時(shí)程分析法等。慣性力法、反應(yīng)位移法和時(shí)程分析法用于橫向及縱向地震反應(yīng)計(jì)算，反應(yīng)加速度法用于橫向地震反應(yīng)計(jì)算。慣性力性、反應(yīng)位移法適用于彈性階段反應(yīng)分析，采用荷載-結(jié)構(gòu)模型建模分析；反應(yīng)加速度法及時(shí)程分析法既適用于彈性階段反應(yīng)分析也適用于彈塑性階段反應(yīng)分析，采用地層-結(jié)構(gòu)模型建模分析。XXX站為XX號(hào)線與R1支線的換乘站，位于萬盛南街與規(guī)劃玉橋西路南沿路交叉口處，沿萬盛南街東西向設(shè)置，車站總長286m，寬21.9m、高13.2m。車站主體為明挖雙層雙柱三跨島式車站，中心里程處覆土約3.4m。根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50909-2014)及《城市軌道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(DB11/995-2013)相關(guān)內(nèi)容，本站地震反應(yīng)計(jì)算分析時(shí)，抗震性能要求為I時(shí)(E1及E2地震作用下)采用反應(yīng)位移法，抗震性能要求為II時(shí)(E3地震作用下)采用非線性時(shí)程分析法，本文主要討論車站的時(shí)程分析法進(jìn)行抗震分析。1時(shí)程分析法介紹時(shí)程分析法即結(jié)構(gòu)直接動(dòng)力法，是最經(jīng)典的方法，也是普遍適用。其基本原理為：將地震運(yùn)動(dòng)視為一個(gè)隨時(shí)間而變化的過程，并將地下結(jié)構(gòu)物和周圍巖土體介質(zhì)視為共同受力變形的整體，通過直接輸入地震加速度記錄，在滿足變形協(xié)調(diào)條件的前提下分別計(jì)算結(jié)構(gòu)物和巖土體介質(zhì)在各時(shí)刻的位移、速度、加速度，以及應(yīng)變和內(nèi)力，并進(jìn)而驗(yàn)算場地的穩(wěn)定性和進(jìn)行結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)。時(shí)程分析法具有普遍適用性，在地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，隧道結(jié)構(gòu)宜考慮地基和結(jié)構(gòu)的相互作用、以及地基和結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力特性時(shí)，應(yīng)采用這一方法，且迄今尚無其他計(jì)算方法可予以代替。時(shí)程分析法采用地層-結(jié)構(gòu)模型，時(shí)程動(dòng)力分析時(shí)，由于直接輸入地震波作用，受地震波長的影響，為保證計(jì)算結(jié)精度要求，應(yīng)限制土層單元尺寸，通常豎向單元尺寸不大于1m即可滿足要求。當(dāng)采用波動(dòng)法進(jìn)行地震動(dòng)輸入時(shí)，模型邊界一般采用粘性人工邊界或粘彈性人工邊界等合理的人工邊界條件，且側(cè)向人工邊界應(yīng)避免采用固定或自由等不合理的邊界條件，見圖1。1、自由邊界；2、人工邊界；3、有限元計(jì)算模型；4、粘性人工邊界；5、粘彈性人工邊界圖1合理的人工邊界條件土層的選取范圍，一般頂面取地表面，底面取設(shè)計(jì)地震作用基準(zhǔn)面，水平向自結(jié)構(gòu)側(cè)壁至邊界的距離宜至少取結(jié)構(gòu)水平有效寬度的3倍，如圖2所示。230口N3H圖2一般情況下計(jì)算模型選取范圍當(dāng)隧道或地下車站結(jié)構(gòu)沿縱向結(jié)構(gòu)形式連續(xù)、規(guī)則、橫向斷面構(gòu)造不變，周圍土層沿縱向分布一致時(shí)，可只沿橫向計(jì)算水平地震作用并進(jìn)行抗震驗(yàn)算，抗震分析可近似按平面應(yīng)變問題處理。當(dāng)結(jié)構(gòu)形式變化較大，土層條件不均勻時(shí)需要按空間問題進(jìn)行三維建模求解，本文按平面模型進(jìn)行分析。2抗震計(jì)算及分析荷載分類、取值及組合荷載分類、取值及荷載組合依據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2013)及《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50909-2014)有關(guān)規(guī)定，按永久荷載、可變荷載、偶然荷載(地震作用)進(jìn)行荷載計(jì)算及組合。場地與地基地震效應(yīng)根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《北京地鐵xx號(hào)線東延工程場地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》及巖土工程勘察報(bào)告，擬建場區(qū)的抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g(50年超越概率10%所對應(yīng)的峰值加速度)，場地類別為III類，特征周期為0.45s。基巖面埋深H=70米。水平向設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)根據(jù)《北京地鐵xx號(hào)線東延工程場地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》及《城市軌道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，本站場地設(shè)計(jì)地表地震動(dòng)峰值加速度及峰值位移見表1：表1場地設(shè)計(jì)地表地震動(dòng)峰值加速度及峰值位移地震動(dòng)等級(jí)50年超越概率地震動(dòng)峰值加速度amax(g)峰值位移umax(m)E1地震作用63%0.100.07E2地震作用10%0.200.13E3地震作用2%0.400.272.4設(shè)計(jì)地震動(dòng)加速度時(shí)程本次分析采用地震輸入為北京地鐵xx號(hào)線東延工程場地地震安全性評(píng)價(jià)部門提供的地震時(shí)程函數(shù)。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)條件，本工程計(jì)算采用50年超越概率為2%(即E3地震作用下)的基巖加速度反應(yīng)譜和峰值加速度作為地震動(dòng)時(shí)程合成的目標(biāo)峰值和反應(yīng)譜，合成土層地震反應(yīng)分析所需的基巖地震動(dòng)時(shí)程，分別進(jìn)行了加速度時(shí)程1、加速度時(shí)程2及加速度時(shí)程3地震作用下的時(shí)程分析。選取加速度峰值為0.4g的三條地震加速度時(shí)程曲線，見圖3.4.2。400400300-4000000■00■速加向平水-50001015時(shí)間/s25(a)加速度時(shí)程1303540510303540ooooooo00321_ad^速加向平水-400015時(shí)間/s300-4000000■00■速加向平水-50001015時(shí)間/s25(a)加速度時(shí)程1303540510303540ooooooo00321_ad^速加向平水-400015時(shí)間/s25(b)加速度時(shí)程2oooooo4320000oooooo234速加向平水JI—.#pi-500051015時(shí)間0/s25303540(c)加速度時(shí)程3圖3設(shè)計(jì)地震加速度時(shí)程曲線2.5模型計(jì)算簡圖根據(jù)車站柱網(wǎng)設(shè)置，選取連續(xù)最大二柱三跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算，模型的尺寸長X寬X高分別為27.6mX290mX60m。模型上邊界取至地表，下邊界至3H(H為結(jié)構(gòu)高)，橫向取至3B(B為結(jié)構(gòu)寬)，模型邊界按照粘彈性吸收邊界。根據(jù)地安評(píng)報(bào)告所提供的三個(gè)加速度時(shí)程數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行分析，選取最不利加速度時(shí)程進(jìn)行計(jì)算。圖4計(jì)算簡圖2.6計(jì)算參數(shù)根據(jù)巖土勘察報(bào)告，并考慮數(shù)值計(jì)算模型要求，將場地土層性質(zhì)及物理力學(xué)參數(shù)相似的土層進(jìn)行合并，共合并成7層土，詳見表2~表3。表2場區(qū)地層參數(shù)編號(hào)名稱密度(KN/m3)剪切波速（m/s）動(dòng)彈模（Mpa）動(dòng)剪模（Mpa）粘聚力（kPa）摩擦角（°）1粘質(zhì)-砂質(zhì)粉土20001802007029202粉質(zhì)粘土203022235010035143粉細(xì)砂20503206672270344粉質(zhì)粘土205030050020040205細(xì)砂-中砂20503607672630336細(xì)砂-中砂2050440982333040表3結(jié)構(gòu)參數(shù)表屬性重度(kN/m3)彈性模量（GPa）泊松比主體結(jié)構(gòu)墻、板25.032.50.2主體結(jié)構(gòu)柱25.034.50.22.7計(jì)算結(jié)果

戲朋狛加MiP引［4站Ml戲朋狛加MiP引［4站Ml-2出421?」：＜H陽73別1*31竝立血?■Jjfli+Z7T?4?-WI圖5模型橫向位移根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果揭示：在E3地震作用下結(jié)構(gòu)主要由水平主向控制結(jié)構(gòu)變形，其頂板處最大水平位移為313.9mm、中板處最大水平位移為303.1mm、底板處最大水平位移為291.7mm。抗震性能要求為II時(shí)，即結(jié)構(gòu)E3地震作用條件下，站臺(tái)層結(jié)構(gòu)彈性層間位移角為(303.1-291.7)/6900=1/605〈1/300，站廳層結(jié)構(gòu)彈性層間位移角為(313.9-303.1)/5450=1/504〈1/300，均滿足規(guī)范要求。3結(jié)論本文通過北京xx號(hào)線xxx站的抗震時(shí)程分析，探討了地鐵車站