王雷
摘 要:城市軌道交通已成為一個(gè)城市先進(jìn)水平的標(biāo)志。文章以某地下車站為例,通過時(shí)程分析法對(duì)其進(jìn)行抗震性能分析。結(jié)論:(1)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)地震作用下,整體處于彈性階段,層間位移和位移角均滿足抗震設(shè)計(jì)要求;(2)土層的最大相對(duì)位移和地鐵車站結(jié)構(gòu)的最大位移是數(shù)值相差很近,在設(shè)計(jì)地震作用下,土層和結(jié)構(gòu)保持整體運(yùn)動(dòng),不發(fā)生分離現(xiàn)象。(3)結(jié)構(gòu)彎矩最大值出現(xiàn)在側(cè)墻底部與底板連接處,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮采取加強(qiáng)措施。
關(guān)鍵詞:地鐵車站;時(shí)程分析法;抗震性能分析
近年來,隨著城鎮(zhèn)化推進(jìn),交通擁堵問題越來越嚴(yán)重,地鐵以其快速、便捷的優(yōu)勢(shì),迅速受到大型城市的青睞,也成為一個(gè)城市現(xiàn)代化的標(biāo)志,地鐵建設(shè)因此在國(guó)內(nèi)外大型城市如火如荼的進(jìn)行著。地鐵建設(shè)作為百年工程,地鐵的抗震性能設(shè)計(jì)是地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分,針對(duì)地鐵抗震性能的分析受到廣大學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注。
1 地下結(jié)構(gòu)的抗震研究
考慮到地層的約束,相比地上結(jié)構(gòu)而言,地下結(jié)構(gòu)被認(rèn)為具有良好的抗震性能。但是,通過對(duì)近些年來國(guó)內(nèi)外地下結(jié)構(gòu)地震災(zāi)害現(xiàn)象的調(diào)查研究,在地震作用下,地下結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象也相當(dāng)普遍,對(duì)地下結(jié)構(gòu)抗震性能的研究也在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中不斷推進(jìn)。
采用MIDAS/GTS軟件對(duì)地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)程法計(jì)算分析,動(dòng)力有限元數(shù)值仿真分析中,所關(guān)心振波的高頻(短波)成分決定網(wǎng)格單元長(zhǎng)度,低頻(長(zhǎng)波)成分決定模型邊界范圍的大小。通常,當(dāng)計(jì)算模型的水平范圍取為8~10倍隧道直徑時(shí),即可獲得較高的計(jì)算精度[1]。
為了解決有限截取模型邊界上波的反射問題,邊界條件采用由Decks等[2~4]人提出的粘-彈性吸收邊界。粘-彈性邊界不僅可以較好地模擬地基的輻射阻尼,而且也能模擬遠(yuǎn)場(chǎng)地球介質(zhì)的彈性恢復(fù)性能,具有良好的低頻穩(wěn)定性。
本次分析采用地震輸入為地質(zhì)安全評(píng)估部門專門提供的地震時(shí)程函數(shù)。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)條件,采用安評(píng)報(bào)告中三組50年超越概率為10%和2%地震的基巖加速度時(shí)程函數(shù)進(jìn)行時(shí)程法分析,根據(jù)軌道交通抗震規(guī)范,本工程僅計(jì)算水平地震作用,根據(jù)三個(gè)樣本的加速度時(shí)程,分別沿X方向、Y方向進(jìn)行時(shí)程分析,取其中最不利影響結(jié)果作為本工程抗震依據(jù)。
2 工程概況
車站主體為地下四層島式車站,標(biāo)準(zhǔn)段寬度為27.7m,頂板覆土3.0m,標(biāo)準(zhǔn)段深度為29.00m。車站與既有兩條地鐵線換乘,與規(guī)劃公交樞紐一體化建設(shè)。車站主體結(jié)構(gòu)采用明挖法施工。斷面1為車站標(biāo)準(zhǔn)斷面,斷面2為與樞紐結(jié)建斷面。
3 工程地質(zhì)情況
本車站范圍內(nèi)地層分為11個(gè)亞層,按地層巖性及其物理力學(xué)性質(zhì)自上而下見表1。
4 車站抗震性分析
4.1 計(jì)算模型
計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮地下車站結(jié)構(gòu)的空間動(dòng)力效應(yīng),應(yīng)對(duì)車站采用三維計(jì)算分析,車站結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖2所示:
4.2 計(jì)算結(jié)果分析
(1)位移反應(yīng)分析。從層間位移時(shí)程曲線可知,結(jié)構(gòu)頂板與底板層間位移差及層間位移角最大值分別為4.61mm和1/1453,層間位移角均小于1/600。在設(shè)計(jì)地震作用下,能滿足抗震中“地震后結(jié)構(gòu)不破壞,整體處于彈性階段”的要求。
(2)應(yīng)變反應(yīng)分析。從圖5中可以看出,土層的最大相對(duì)位移是9.8cm,地鐵車站結(jié)構(gòu)的最大位移是9.3cm,二者數(shù)值相差很近,因而,在設(shè)計(jì)地震作用下,土層和結(jié)構(gòu)保持整體運(yùn)動(dòng),不發(fā)生分離現(xiàn)象。
(3)應(yīng)力反應(yīng)分析。從圖6可知,斷面(一)結(jié)構(gòu)彎矩最大值為2373kN.m/m,出現(xiàn)在側(cè)墻底部與底板連接處,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮對(duì)側(cè)墻底部與底板連接采取抗震加強(qiáng)措施。
5 結(jié)束語(yǔ)
本站是三線換乘和與公交樞紐結(jié)建的復(fù)雜車站,利用時(shí)程分析法對(duì)車站進(jìn)行了抗震性能分析,希望為廣大地鐵工作者提供參考。
參考文獻(xiàn)
[1]施仲衡.地下鐵道設(shè)計(jì)與施工[M].陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1997.
[2]劉晶波,李彬,谷音.地鐵盾構(gòu)隧道地震反應(yīng)分析[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005(6).