羅永鴻 張梓鴻 許成順 李 洋

1）北京工業(yè)大學(xué)，城市與工程安全減災(zāi)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100124

2）中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)公司城市軌道交通中心, 北京100081

引言

通常，人們認(rèn)為地下結(jié)構(gòu)在土的約束作用下應(yīng)具有較好的抗震性能，然而在1995 年日本神戶大地震中（Iida 等，1996），大量的地鐵車站及區(qū)間隧道遭受了嚴(yán)重破壞，大開車站甚至出現(xiàn)了整體塌毀情況，這引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)地下結(jié)構(gòu)抗震問題的廣泛關(guān)注。

當(dāng)前，大量關(guān)于地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的研究主要針對(duì)大開地鐵車站展開。An 等（1997）通過數(shù)值計(jì)算分析，認(rèn)為大開地鐵車站地震破壞是由中柱變形能力和抗剪能力不足導(dǎo)致的，水平地震動(dòng)產(chǎn)生的剪切破壞是主因，豎向地震動(dòng)僅加大了破壞程度。曹炳政等（2002）采用復(fù)反應(yīng)分析方法，分析了大開地鐵車站破壞反應(yīng)，認(rèn)為大開地鐵車站中柱在水平和豎向地震動(dòng)作用下產(chǎn)生較大內(nèi)力，且豎向地震動(dòng)產(chǎn)生的內(nèi)力較水平地震動(dòng)產(chǎn)生的大，最終導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)破壞。蔣錄珍等（2015）采用動(dòng)力時(shí)程分析方法模擬大開地鐵車站破壞，得出大開地鐵車站中柱破壞主要是由豎向地震動(dòng)引起柱底部混凝土壓碎造成的。莊海洋等（2008）通過數(shù)值模擬分析，認(rèn)為車站結(jié)構(gòu)頂板與側(cè)墻交叉部位和中柱頂、底部在地震作用下發(fā)生彎曲破壞，使側(cè)墻和頂板承擔(dān)的大部分豎向壓力傳遞給中柱，最終因中柱發(fā)生壓曲破壞導(dǎo)致車站頂板坍塌。杜修力等（2016，2017，2018）開展大量數(shù)值模擬分析，并通過模型試驗(yàn)相互驗(yàn)證，對(duì)大開地鐵車站地震破壞機(jī)理給出了較全面的認(rèn)識(shí)，即結(jié)構(gòu)上覆土體在豎向地震動(dòng)作用下使中柱軸壓比增大，隨著軸壓比的增大，中柱變形能力降低而抗剪能力增強(qiáng)，進(jìn)而將承受更大的水平荷載，然后在水平剪切作用下發(fā)生脆性破壞，最終導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)塌毀。以上研究對(duì)于大開地鐵車站（單層車站）地震反應(yīng)與災(zāi)變機(jī)理的解釋相對(duì)全面、系統(tǒng)。當(dāng)前國(guó)、內(nèi)外新建的地鐵車站均以多層結(jié)構(gòu)為主，相較于大開地鐵車站，具有大體量、多層級(jí)和多構(gòu)件的復(fù)雜特點(diǎn)。因此，在對(duì)多層地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)簡(jiǎn)單地參考學(xué)者前期對(duì)單層地下結(jié)構(gòu)地震破壞規(guī)律的認(rèn)識(shí)。由此可知，開展多層地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)研究具有重要意義。張佳等（2016）針對(duì)黃土地區(qū)2 層2 跨地鐵車站結(jié)構(gòu)開展振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，中柱頂、底部及側(cè)墻與板構(gòu)件連接處為地鐵車站抗震薄弱部位。楊林德等（2003）開展了2 層3跨地鐵車站振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，結(jié)果表明中柱地震反應(yīng)最大。景立平等（2012）開展3 層3 跨地鐵車站振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，認(rèn)為地下結(jié)構(gòu)在地震中的破壞主要由位移控制。莊海洋等（2006，2019）；王建寧等（2020）和楊靖等（2020）利用動(dòng)力時(shí)程分析方法開展了多層地鐵車站結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬研究，并進(jìn)行了基于層間位移角的抗震性能水平劃分和物理描述。總體來講，當(dāng)前對(duì)于多層地下結(jié)構(gòu)的研究相對(duì)較少，且數(shù)值模擬研究多采用動(dòng)力時(shí)程分析方法開展，由于多層結(jié)構(gòu)具有計(jì)算體量較大的特點(diǎn)，因此采用動(dòng)力時(shí)程分析方法較難開展大量動(dòng)力反應(yīng)分析。

地下結(jié)構(gòu)Pushover 分析方法是擬靜力分析方法（劉晶波等，2008），因具有較低的計(jì)算成本及簡(jiǎn)便易操作性的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。劉晶波等（2009）和還毅等（2011）采用動(dòng)力時(shí)程分析與擬靜力分析結(jié)果對(duì)比的方式，有效驗(yàn)證了地下結(jié)構(gòu)Pushover 分析方法的適用性和計(jì)算精度，表明該方法可較好地應(yīng)用于地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析。本文將采用地下結(jié)構(gòu)Pushover 分析方法對(duì)Ⅱ、Ⅲ類場(chǎng)地9 座不同結(jié)構(gòu)形式的地鐵車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行系列擬靜力推覆分析，由此系統(tǒng)研究多層地鐵車站結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)和薄弱環(huán)節(jié)，旨在對(duì)多層地鐵車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 工程概況

由《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50909-2014）可知，工程場(chǎng)地類別根據(jù)土層等效剪切波速和場(chǎng)地覆蓋層厚度劃分為Ⅰ～Ⅳ類。目前，在我國(guó)已修建地鐵的城市中，通常以Ⅱ、Ⅲ類場(chǎng)地為主，主要分布在華北地區(qū)、東北地區(qū)、西北地區(qū)和大部分華中地區(qū)。相比之下，Ⅰ、Ⅳ類場(chǎng)地較少，Ⅳ類場(chǎng)地多分布在長(zhǎng)三角和珠三角地區(qū)，整體來講，分布區(qū)域較局限，Ⅰ類場(chǎng)地通常分布在川渝和云貴地區(qū)，而該地區(qū)地鐵修建量極少。因此，本文僅選取Ⅱ、Ⅲ類場(chǎng)地條件下的國(guó)內(nèi)既有多層地鐵車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

車站所在場(chǎng)地平均剪切波速為206～370 m/s，土層信息豐富多樣，主要包含砂土、粉土、填土、黏土、卵石等，本構(gòu)關(guān)系曲線如圖1 所示（杜修力等，2019）。

圖1 場(chǎng)地巖土力學(xué)特性Fig. 1 Geotechnical characteristics of the site

所選取的地鐵車站結(jié)構(gòu)均為常見的矩形框架結(jié)構(gòu)，如圖2 所示，包含了2 層2 跨、2 層3 跨、3 層3 跨多種斷面形式，車站高度為13～23 m，車站寬度為19～26 m，中柱皆為矩形截面，截面面積為0.6～1.2 m2。車站側(cè)墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30～C45，中柱混凝土等級(jí)為C40、C50，中柱配筋率為2.0%～4.0%。

圖2 典型地鐵車站橫斷面示意圖Fig. 2 The cross-section diagram of typical subway station structure

2 數(shù)值計(jì)算

2.1 模型建立

基于ABAQUS 有限元軟件，以地鐵車站橫斷面為研究對(duì)象，建立有限元分析模型，如圖3 所示，以基巖面作為整體模型底部邊界，結(jié)構(gòu)兩側(cè)場(chǎng)地寬度選取結(jié)構(gòu)寬度的3 倍（單側(cè)）。整個(gè)模型底部邊界固定，側(cè)向邊界采用捆綁邊界，近似地考慮場(chǎng)地在地震作用下進(jìn)行層狀剪切運(yùn)動(dòng)。土與結(jié)構(gòu)之間采用ABAQUS 接觸面行為模擬，即法向采用硬接觸，單元之間相互不侵入。切向采用摩擦接觸，摩擦系數(shù)為0.4。鋼筋采用嵌入方式建于混凝土內(nèi)，計(jì)算過程中不考慮鋼筋與混凝土之間的相對(duì)滑移。土體本構(gòu)關(guān)系采用Martin 等（1982）改進(jìn)的Davidenkov 骨架曲線非線性黏彈性模型模擬，相關(guān)擬合參數(shù)如表1 所示，具體模型數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

表1 Davidenkov 模型參數(shù)Table 1 The values of Devidenkov model parameters

圖3 土-地下結(jié)構(gòu)相互作用幾何模型Fig. 3 Geotechnical model of soil-structure interaction

式中， τ(γ)為 剪應(yīng)力，G與Gmax分 別為剪切模量與最大剪切模量； γ 為剪應(yīng)變， γ0、a、b均為土性擬合參數(shù)。

采用混凝土塑性損傷本構(gòu)模型模擬混凝土力學(xué)行為，采用三維實(shí)體八節(jié)點(diǎn)減縮積分單元離散混凝土和土體，采用三維二節(jié)點(diǎn)桿單元離散鋼筋網(wǎng)架。土體按照數(shù)值模擬精度要求離散，單元網(wǎng)格尺寸小于1/6～1/8 最小波長(zhǎng)，對(duì)結(jié)構(gòu)所在位置相鄰?fù)馏w進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化。

2.2 分析方法

土-地下結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在地震作用下的反應(yīng)以一階振型為主，高階振型的影響相對(duì)較小，因此借鑒地上結(jié)構(gòu)Pushover 分析中常用的倒三角形分布形式加載的思想，對(duì)土-地下結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行推覆分析時(shí)，采用倒三角形水平慣性加速度分布形式，逐級(jí)增大地震動(dòng)，直至地下結(jié)構(gòu)完全破壞。相關(guān)文獻(xiàn)（劉晶波等，2009）顯示，在Pushover 分析中采用倒三角形加速度分布形式與動(dòng)力計(jì)算結(jié)果符合較好。本文關(guān)注地下結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震動(dòng)作用下的破壞演化過程和失效模式，因此在水平荷載施加過程中不設(shè)置目標(biāo)位移。

在以往的地下結(jié)構(gòu)Pushover 分析中，均未對(duì)豎向地震動(dòng)作用進(jìn)行考慮。為此，本文在水平加速度施加前，將豎向地震動(dòng)幅值采用與水平加速度一致的倒三角形式施加至模型中，近似地考慮豎向地震動(dòng)對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震破壞反應(yīng)的影響，模型計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4 所示。

圖4 地下結(jié)構(gòu)Pushover 分析方法力學(xué)模型Fig. 4 The mechanical analysis model of underground structure pushover method

3 分析結(jié)果

Ⅱ、Ⅲ類場(chǎng)地整體宏觀現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)內(nèi)力基本一致，目前Ⅲ類場(chǎng)地地鐵車站較常見，因篇幅所限，僅對(duì)Ⅲ類場(chǎng)地2 層2 跨、2 層3 跨、3 層3 跨結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。

3.1 2 層2 跨結(jié)構(gòu)

2 層2 跨車站結(jié)構(gòu)在地震作用下，上層中柱頂部和下層中柱底部首先出現(xiàn)較明顯的損傷，且下層柱底部損傷程度略大于上層柱頂部，其他部位未出現(xiàn)明顯損傷，如圖5（a）所示。隨著地震作用（推覆作用）的增大，結(jié)構(gòu)變形逐漸增加，柱端損傷逐漸向柱中擴(kuò)展，同時(shí)結(jié)構(gòu)部分板、墻交叉位置附近開始出現(xiàn)輕微損傷，如圖5（b）所示。當(dāng)結(jié)構(gòu)中柱損傷達(dá)一定程度時(shí)，呈現(xiàn)出S 形破壞形態(tài)，且損傷主要集中在柱中位置，此時(shí)，結(jié)構(gòu)大多數(shù)位置出現(xiàn)了明顯損傷，且主要集中在結(jié)構(gòu)板、墻交叉位置附近，由于中柱破壞而喪失豎向承載力，導(dǎo)致頂板出現(xiàn)一定程度的下塌破壞，如圖5（c）所示。當(dāng)結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生明顯的破壞時(shí)，中柱是結(jié)構(gòu)損傷最嚴(yán)重的構(gòu)件，如圖5（d）所示，由此推斷中柱是2 層2 跨車站結(jié)構(gòu)抗震薄弱構(gòu)件。

為進(jìn)一步確定2 層2 跨車站結(jié)構(gòu)關(guān)鍵抗震構(gòu)件與易損位置（薄弱環(huán)節(jié)），同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)宏觀破壞過程（圖5），提取側(cè)墻、板、中柱最大損傷位置受壓損傷因子進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖6（a）所示。由圖6（a）可知，中柱損傷發(fā)展較快，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的損傷程度；相比之下，側(cè)墻損傷發(fā)展速度滯后于中柱，板損傷演化速度與累計(jì)損傷程度均明顯低于中柱和側(cè)墻，側(cè)墻、板、中柱損傷演化速度及累計(jì)損傷程度排序?yàn)橹兄緜?cè)墻＞板，可知中柱是地下結(jié)構(gòu)關(guān)鍵抗震構(gòu)件，側(cè)墻次之。為系統(tǒng)研究關(guān)鍵抗震構(gòu)件薄弱位置，分別將中柱、側(cè)墻頂部、側(cè)墻底部損傷時(shí)程曲線進(jìn)行對(duì)比，如圖6（b）、6（c）所示。由圖6（b）可知，對(duì)于2層2 跨車站結(jié)構(gòu)，上層柱柱頂和下層柱柱底損傷較明顯，中板附近上層柱柱底和下層柱柱頂損傷較小，這主要是由于中板厚度較小，對(duì)中柱的約束作用較低，導(dǎo)致對(duì)該位置的彎曲作用降低。由圖6（c）可知，下層墻頂、底部損傷均大于上層墻，側(cè)墻相對(duì)于中柱是連續(xù)構(gòu)件，體量相對(duì)較大，導(dǎo)致下層墻軸壓比明顯大于上層墻，因此降低了下層墻水平變形能力，在推覆作用下易產(chǎn)生較大的損傷。

圖5 推覆過程中混凝土受壓損傷（2 層2 跨結(jié)構(gòu)）Fig. 5 Concrete compression damage during nappe（2 floors 2 spans）

圖6 受壓損傷對(duì)比（2 層2 跨結(jié)構(gòu)）Fig. 6 Comparison of Pressure Damage（2 floors 2 spans）

下層柱承擔(dān)著較大的軸力與剪力，對(duì)比柱頂、柱底發(fā)現(xiàn)，上層柱柱頂軸力、剪力大于柱底，下層柱柱底軸力、剪力均大于柱頂，如圖7（a）、7（b）所示。墻底軸力、剪力明顯大于墻頂，下層墻軸力、剪力明顯大于上層墻，如圖7（c）、7（d）所示。上、下層側(cè)墻（一側(cè)）承擔(dān)的剪力明顯大于中柱，如圖7（e）、7（f）、7（g）、7（h）所示，對(duì)于2 跨結(jié)構(gòu)而言，每層中柱與兩面?zhèn)葔f(xié)調(diào)工作，因此兩面?zhèn)葔Τ袚?dān)的剪力大于中柱，由此可知，側(cè)墻是地下框架結(jié)構(gòu)主要水平承力構(gòu)件。在中柱出現(xiàn)損傷前，中柱承擔(dān)大部分軸力，出現(xiàn)損傷后，軸力逐漸由側(cè)墻分擔(dān)。下層柱層間位移角始終大于上層柱，這與下層柱損傷大于上層柱損傷的現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)，如圖7（i）所示。

圖7 結(jié)構(gòu)內(nèi)力（2 層2 跨結(jié)構(gòu)）Fig. 7 Structural diagram（2 floors 2 spans）

3.2 2 層3 跨結(jié)構(gòu)

2 層3 跨車站結(jié)構(gòu)在地震作用下，上、下層柱頂、底部首先出現(xiàn)較輕微的損傷，其他部位未出現(xiàn)明顯損傷，如圖8（a）所示。隨著地震作用的增大，柱端損傷逐漸向柱中擴(kuò)展，同時(shí)結(jié)構(gòu)部分板、墻交叉位置附近開始出現(xiàn)塑性損傷，此時(shí)下層柱損傷程度略大于上層柱，如圖8（b）所示。當(dāng)中柱損傷區(qū)域擴(kuò)展至整個(gè)構(gòu)件后，柱體呈現(xiàn)出S 形破壞形態(tài)，上層柱損傷集中在柱體中上部，而下層柱損傷主要集中在柱體中部，此時(shí)，結(jié)構(gòu)大多數(shù)位置出現(xiàn)了明顯損傷，且主要集中在結(jié)構(gòu)板、墻交叉處，如圖8（c）所示。當(dāng)?shù)卣鹱饔美^續(xù)增大時(shí)，上層柱出現(xiàn)明顯壓屈破壞，由于中柱破壞而喪失豎向承載力，導(dǎo)致頂板出現(xiàn)嚴(yán)重下塌破壞，此時(shí)結(jié)構(gòu)側(cè)墻和樓板構(gòu)件雖出現(xiàn)明顯的損傷甚至破壞，但總體而言，中柱是整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞程度最嚴(yán)重的構(gòu)件，由此推斷中柱是2 層3 跨車站結(jié)構(gòu)抗震薄弱構(gòu)件，如圖8（d）所示。

圖8 推覆過程中混凝土受壓損傷（2 層3 跨結(jié)構(gòu)）Fig. 8 Concrete compression damage during nappe（2 floors 3 spans）

為進(jìn)一步確定2 層3 跨車站結(jié)構(gòu)關(guān)鍵抗震構(gòu)件與易損位置（薄弱環(huán)節(jié)），結(jié)合結(jié)構(gòu)宏觀破壞過程（圖8），提取側(cè)墻、板、中柱最大損傷位置受壓損傷因子進(jìn)行對(duì)比分析，得到與2 層2 跨結(jié)構(gòu)類似的結(jié)論，即損傷演化速度及累計(jì)損傷程度排序?yàn)橹兄緜?cè)墻＞板，因此中柱是地下結(jié)構(gòu)關(guān)鍵抗震構(gòu)件，側(cè)墻次之。上層柱柱頂和下層柱柱底損傷較明顯，而中板附近上層柱柱底和下層柱柱頂損傷較小；下層墻由于軸壓比較大，導(dǎo)致其頂、底部損傷均大于上層墻，如圖9 所示。

圖9 受壓損傷對(duì)比（2 層3 跨結(jié)構(gòu)）Fig. 9 Comparison of Pressure Damage（2 floors 3 spans）

與上層柱相比，下層柱承擔(dān)著更大的軸力和剪力，且上層柱、下層柱柱頂及柱底軸力、剪力大小相當(dāng)，如圖10（a）、10（b）所示。下層墻承擔(dān)著較大的軸力和剪力，墻底軸力、剪力大于墻頂，這與墻底損傷大于墻頂?shù)默F(xiàn)象相對(duì)應(yīng)，如圖10（c）、10（d）所示。對(duì)比墻、柱軸力和剪力可知，墻承擔(dān)大部分剪力，柱產(chǎn)生損傷前承擔(dān)大部分軸力，柱出現(xiàn)損傷后軸力逐漸由側(cè)墻分擔(dān)，如圖10（e）、10（f）、10（g）、10（h）所示。下層柱層間位移角始終大于上層柱，這與上層柱晚于下層柱出現(xiàn)損傷及下層柱損傷大于上層柱的現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)，如圖10（i）所示。

圖10 結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖（2 層3 跨結(jié)構(gòu)）Fig. 10 Structural diagram（2 floors 3 spans）

3.3 3 層3 跨結(jié)構(gòu)

3 層3 跨車站結(jié)構(gòu)在地震作用下，上、下層柱頂?shù)锥耸紫瘸霈F(xiàn)輕微的損傷，而中層柱以及其他部位未見明顯的損傷，如圖11（a）所示。隨著地震作用的增大，中層柱柱端出現(xiàn)了較輕的損傷；上、下層柱柱端損傷逐漸向柱中擴(kuò)展，相比之下，下層柱損傷區(qū)域發(fā)展較快，幾乎擴(kuò)展至整個(gè)構(gòu)件，同時(shí)板、墻交叉處出現(xiàn)輕微損傷，如圖11（b）所示。當(dāng)中柱損傷達(dá)一定程度后，上層柱頂端及下層柱底端呈現(xiàn)出S 形破壞形態(tài)，且柱體損傷主要集中在中部，此時(shí)中層柱雖出現(xiàn)了明顯損傷，但未出現(xiàn)S 形破壞形態(tài)，板、墻交叉處損傷進(jìn)一步加大，如圖11（c）所示。地震動(dòng)繼續(xù)增大后，3 層柱均產(chǎn)生了嚴(yán)重的S 形壓彎破壞，對(duì)比可知，中層柱破壞程度遠(yuǎn)低于上、下層柱，如圖11（d）所示。最后由于中柱發(fā)生壓曲破壞而喪失豎向承載力，導(dǎo)致頂板出現(xiàn)嚴(yán)重的下塌破壞，此時(shí)結(jié)構(gòu)頂板、中板、底板及側(cè)墻出現(xiàn)不同程度的破壞，其中頂板、底板及下側(cè)墻破壞最嚴(yán)重?？傮w而言，中柱損傷最嚴(yán)重，說明中柱是3 層3 跨車站結(jié)構(gòu)抗震薄弱構(gòu)件。

為進(jìn)一步確定3 層3 跨車站結(jié)構(gòu)關(guān)鍵抗震構(gòu)件與易損位置（薄弱環(huán)節(jié)），同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)宏觀破壞過程（圖11），提取側(cè)墻、板、中柱最大損傷位置受壓損傷因子進(jìn)行對(duì)比分析，可得與2 層2 跨、2 層3 跨結(jié)構(gòu)類似的結(jié)論，即損傷演化速度及累計(jì)損傷程度排序?yàn)橹兄緜?cè)墻＞板，因此中柱是地下結(jié)構(gòu)關(guān)鍵抗震構(gòu)件，側(cè)墻次之；上層柱柱頂與下層柱柱底損傷發(fā)展較快且最大，中層柱損傷相對(duì)較??；由于下層墻有較大的軸壓比，導(dǎo)致下層墻底損傷較中層墻和上層墻大，如圖12 所示。

圖11 推覆過程中混凝土受壓損傷（3 層3 跨結(jié)構(gòu)）Fig. 11 Concrete compression damage during nappe（3 floors 3 spans）

圖12 受壓損傷對(duì)比Fig. 12 Comparison of Pressure Damage

3 層中柱軸力由上至下逐漸增大，而中層柱剪力小于上、下層柱，由此推斷上層柱具有較好的延性，如圖13（a）、13（b）所示。下層墻底部相較于墻體其他部位，承擔(dān)了較大的軸力、剪力，如圖13（c）、13（d）所示。對(duì)比下層柱（上、中層柱結(jié)果相同）與側(cè)墻軸力、剪力可知，側(cè)墻承擔(dān)了大部分剪力，柱出現(xiàn)損傷前承擔(dān)大部分軸力，柱出現(xiàn)損傷后軸力逐漸分擔(dān)給側(cè)墻，如圖13（e）、13（f）所示。中層柱層間位移角始終低于上、下層柱，這較好地解釋了中層柱破壞晚于其他層柱的現(xiàn)象，如圖13（g）所示。

圖13 結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖（3 層3 跨結(jié)構(gòu)）Fig. 13 Structural diagram（3 floors 3 spans）

4 結(jié)論

本文采用地下結(jié)構(gòu)Pushover 分析方法對(duì)Ⅱ、Ⅲ類場(chǎng)地9 座不同結(jié)構(gòu)形式的地鐵車站結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系列擬靜力推覆分析，系統(tǒng)研究了多層地鐵車站結(jié)構(gòu)地震破壞反應(yīng)與薄弱環(huán)節(jié)，得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)于Ⅱ、Ⅲ類場(chǎng)地多層地鐵車站結(jié)構(gòu)而言，中柱是關(guān)鍵抗震構(gòu)件，地震作用下易先于其他構(gòu)件產(chǎn)生損傷甚至破壞；相比之下，側(cè)墻具有較好的抗震性能，在地震作用下不易產(chǎn)生較大損壞。車站結(jié)構(gòu)出現(xiàn)整體性塌毀主要是由于中柱首先產(chǎn)生剪切破壞而喪失豎向承載力導(dǎo)致的。

（2）中柱是Ⅱ、Ⅲ類場(chǎng)地多層地鐵車站結(jié)構(gòu)重要豎向承力構(gòu)件，側(cè)墻是主要水平承力構(gòu)件。

（3）Ⅱ、Ⅲ類場(chǎng)地多層地鐵車站結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷演變速度及損傷累計(jì)程度排序?yàn)橹兄緜?cè)墻＞板；中柱頂、底端和墻、板交界位置在地震作用下易產(chǎn)生損傷破壞，建議在抗震設(shè)計(jì)中對(duì)這些位置適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行加強(qiáng)處理。

（4）對(duì)于Ⅱ、Ⅲ類場(chǎng)地多層地鐵車站結(jié)構(gòu)而言，結(jié)構(gòu)底層中柱和側(cè)墻通常承受更高的軸壓作用，使其損傷和破壞先于上層構(gòu)件。