反应位移法在某地铁车站抗震分析中的应用
本文以我国沿海某软土地区明挖车站为工程实例,选取具有代表意义的车站断面,考虑结构施工及使用过程中可能出现的各种荷载,采用反应位移法计算方法进行专项抗震计算研究,并将静力工况与地震工况的计算结果进行对比,得出在水平地震力作用下框架结构断面车站的最不利受力位置,计算结果表明,车站层间位移能满足规范限值的要求,构件尺寸满足要求,结构受力合理,计算结果可靠.
中铁隧道勘测设计院有限公司 天津 300133
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某半敞开式地铁车站抗震分析
【摘要】：本文分析的地铁车站形式为一侧覆土,一侧敞开,抗震分析较为复杂。本文对土与结构共同工作模型进行了非线性分析,采用场地土实测参数,考虑结构影响范围内的土体的弹塑性性能。计算中采用平面受力模型,分析了场地的震陷,用反应谱法和时程分析法分析了结构在地震作用下的内力和变形。本文结果已被实际工程采用。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：U231.3【正文快照】：
1.概述 本文分析的地铁车站位于上海市地铁二号线。该车站分站台层和站厅层两层,总高n角口,两侧地下连续墙深度30m。每柱下一桩,桩底标高为地下75m。车站一侧筱土,另一侧为下沉式广场,下沉式广场深度8.lm.场地为IV类场地,远震,抗展设防烈度为7度。 由于覆土倩况严重不对称,导
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400-819-9993高架地铁车站抗震分析
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高架地铁车站抗震分析
高架地铁车站抗震分析 高架地铁车站抗震分析 陈丽军,胡 宁,张茂会,郭俊峰,刘 璐 (武汉市政工程设计研究院有限责任公司,武汉 430023) 摘 要：以某轨道交通工程高架地铁车站为背景,建立有限元计算模型,分析地震作用下高架车站墩柱结构的地震反应。结果表明:在多遇地震作用下,该高架车站墩柱强度满足规范要求；在罕遇地震作用下,该高架车站墩柱非线性位移延性比满足规范要求。计算结果已为该高架车站的抗震设计提供依据,分析方法可为同类结构提供参考。 关键词：高架地铁车站；多遇地震;罕遇地震；时程分析；延性比 1 工程概况 图1 某地铁高架车站布置示意(单位：m) 某轨道交通工程地铁车站为高架三层车站，采用“桥-建”组合的结构体系，一层为地面层，二层为站厅层，三层为站台层。车站主体结构为钢筋混凝土框架结构，一层采用双墩柱加盖梁结构，基础采用柱下承台桩基础方案。车站总高约23.68 m。车站有效站台总长151 m，净宽10.8 m。车站结构布置如图1所示。 根据现行《地铁设计规范》(GB5)[3]，桥-建组合结构体系中，支承横梁的墩柱应按现行《铁路桥涵设计基本规范》(TB05)[4]进行结构设计，地震力的作用，应按现行《铁路工程抗震设计规范》(GB5)[5]的相关规定计算。按《铁路工程抗震设计规范》(GB5)(2009年版)，本高架车站工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组。为了掌握该地铁高架车站在地震作用下的受力情况，并检验其在场地安评地震波作用下是否达到其抗震性能目标，对其进行了地震作用下抗震性能分析[12]。 2 高架车站结构有限元分析模型 采用桥梁分析专用软件MIDAS/Civil建立地铁高架车站有限元模型进行抗震分析，建模时站厅层、站台层采用C50混凝土材料的板单元模拟，轨道梁、盖梁、墩柱、承台、桩基均采用C40混凝土材料的空间梁单元来模拟，同时对桩基边界采用“m”法模拟桩-土效应[2]。为了模拟结构整体的地震响应，计算以整体高架车站为对象，同时考虑两侧桥梁的影响以支座反力加在两侧边盖梁上。计算有限元模型如图2所示。 图2 车站有限元模型 3 多遇地震下墩柱强度验算 根据《铁路工程抗震设计规范》(GB5)(2009年版)第7.1.4条规定：桥梁抗震验算，应分别按有车、无车进行计算[5]。多遇地震下，考虑有车和无车两种工况进行计算，取计算结果的最大值[11]。车站下部结构承台到站厅层之间的柱墩计算结果见表1～表6。 3.1 顺桥向地震作用下墩柱强度验算 荷载组合一(无车)：恒载+恒载X向(顺桥向)地震作用。 荷载组合二(有车)：恒载+活载竖向力+恒载X向(顺桥向)地震作用。 表1 荷载组合一(无车)工况下部墩柱X向多遇地震下内力汇总轴号柱顶弯矩/(kN·m)1682317柱底弯矩/(kN·m)4292236柱最大轴力/kN7590柱最小轴力/kN6340 表2 荷载组合二(有车)工况下部墩柱X向多遇地震下内力汇总轴号柱顶弯矩/(kN·m)柱底弯矩/(kN·m)柱最大轴力/kN8219柱最小轴力/kN6968 按《铁路桥涵混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB05)容许应力法进行截面配筋验算[6]，验算结果见表3。 表3 顺桥向墩柱强度验算结果 MPa项目验算结果容许值判别混凝土最大压应力12.3[17.5]满足钢筋最大拉应力82.8[270]满足钢筋最大压应力183.1[270]满足 3.2 横桥向地震作用下墩柱强度验算 荷载组合三(无车)：恒载+恒载Y向(横桥向)地震作用。 荷载组合四(有车)：恒载+活载竖向力+0.5倍活载地震力+恒载Y向(横桥向)地震作用。 按《铁路桥涵混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB05)容许应力法进行截面配筋验算[6]，验算结果见表6。 表4 荷载组合三(无车)工况下部墩柱Y向多遇地震下内力汇总轴号柱顶弯矩/(kN·m)2531柱底弯矩/(kN·m)2227柱最大轴力/kN8055柱最小轴力/kN5909 表5 荷载组合四(有车)工况下部墩柱Y向多遇地震下内力汇总轴号柱顶弯矩/(kN·m)2667柱底弯矩/(kN·m)2307柱最大轴力/kN8682柱最小轴力/kN6539 表6 横桥向墩柱强度验算结果 MPa项目验算结果容许值判别混凝土最大压应力13.6[17.5]满足钢筋最大拉应力100.2[270]满足钢筋最大压应力120.7[270]满足 由以上计算可知，在多遇地震作用下，高架地铁车站墩柱强度满足规范要求。 4 罕遇地震下墩柱延性验算 根据《铁路工程抗震设计规范》(GB5)(2009年版)7.3.3条，在罕遇地震作用下应进行墩柱的延性比验算[5]。对罕遇地震下地震作用采用非线性时程分析方法，将有限元模型中的墩柱顶底部采用纤维梁单元模拟，地震作用下的位移采用有限元模型计算安评地震波作用下墩顶最大位移。屈服位移采用Pushover计算出结构顺桥向或横桥向受力最大钢筋屈服时的墩顶位移[7-8]。墩柱计算的延性比见表7、表8。 由以上罕遇地震下计算结果可知，墩柱延性比均小于4.8，满足规范要求，且墩柱罕遇地震下最大弯矩均小于相应截面最不利轴力对应的等效屈服弯矩，墩柱未进入塑性工作状态。 表7 顺桥向墩柱延性比轴号最不利轴力/kN5234最大弯矩/(kN·m)5857最不利轴力对应等效屈服弯矩/(kN·m)6603是否等效屈服否否否否否否否否否否否否否否否否屈服时位移/mm最大位移/mm延性比0.880.710.840.720.480.580.560.580.580.580.590.450.840.740.860.70规范限值4.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.8 表8 横桥向墩柱延性比轴号最不利轴力/kN-最大弯矩/(kN·m)89846最不利轴力对应等效屈服弯矩/(kN·m)是否等效屈服否否否否否否否否否否否否否否否否屈服时位移/mm最大位移/mm延性比1.500.690.680.750.550.860.860.860.860.860.860.540.790.730.891.24规范限值4.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.84.8 5 结论 针对本高架地铁车站建立的整体结构有限元模型，通过对该高架车站地震作用下的时程分析及墩柱的延性验算，得到如下结论。 (1)在多遇地震作用下，该地铁高架车站墩柱混凝土最大压应力为13.6 MPa，钢筋最大拉应力为100.2 MPa，最大压应力为183.1 MPa，满足设计规范要求。 (2)在罕遇地震作用下，该地铁高架车站墩柱延性比均小于4.8，满足规范要求；且墩柱罕遇地震下最大弯矩均小于相应截面最不利轴力对应的等效屈服弯矩，表明墩柱未完全进入塑性工作状态。 参考文献： [1] (美)克拉夫，J.结构动力学[M].彭津，王光远，等译校.北京：高等教育出版社，2006. [2] 谢旭.桥梁结构地震响应分析与抗震设计[M].北京:人民交通出版社，2006. [3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB5地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014. [4] 中华人民共和国铁道部.TB05铁路桥涵设计基本规范[S].北京：中国铁道出版社，2005. [5] 中华人民共和国铁道部.GB 5铁路工程抗震设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009. [6] 中华人民共和国铁道部.TB05铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005. [7] 中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ 166—2011城市桥梁抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012. [8] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB5建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010. [9] 中华人民共和国铁道部.TB05铁路桥涵地基和基础设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005. [10] 中华人民共和国铁道部.TB 1铁路混凝土结构耐久性设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2011. [11] 毛学锋，许智焰，周永礼.深圳地铁3号线高架车站结构设计研究[J].铁道工程学报，2012(12)：94-98. [12] 武汉地震工程研究院有限公司.武汉市轨道交通机场线工程场地地震安全性评价报告[R].武汉：武汉地震工程研究院有限公司，2014. Seismic Analysis of Elevated Metro Station CHEN Li-jun, HU Ning, ZHANG Mao-hui, GUO Jun-feng, LIU Lu (Wuhan Municipal Engineering Design & Research Institute Co., Ltd., Wuhan 430023, China) Abstract：Based on an elevated metro station, the finite element model is established to research the seismic response of the station under earthquake. Research results show that the strength of the pier column meets the requirements of the specifications in case frequent earthquake, while the value of the nonlinear displacement ductility ratio of the pier column satisfies the standard in case of rare earthquake. The results are taken as the theoretic basis for the project and the analytical method may serve as reference for similar structures. Key words：El F R T Ductility ratio 收稿日期：； 修回日期： 作者简介：陈丽军(1987—)，男，工程师，2012年毕业于西南交通大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士，E-mail：。 文章编号：15)12-0088-03 中图分类号：U231+.4 文献标识码：A DOI：10.13238/j.issn.15.12.021
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