湿陷性黄土地区地下车站结构地震反应分析

• 作 者: 杨浩杰
• 出 处: 西安建筑科技大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 湿陷性黄土 土体-结构相互作用 地下车站 地震反应分析

近些年国家提出“一带一路”发展战略为复兴“丝绸之路”经济带提供了政策指引。“丝绸之路”跨越我国西部大部分地区,复兴“丝绸之路”面临的首要问题是西部湿陷性黄土地区基础设施的建设,尤其是地铁的建设。我国西部轨道交通沿线多位于湿陷性黄土地区,地质条件复杂,该地区地铁车站结构一旦遭到地震等自然灾害的破坏,必然会带来极大的社会损失和经济损失,目前对于湿陷性黄土地区地下结构的抗震性能研究成果尚不全面,因此开展本课题的研究具有重要意义。论文以西安某地铁车站实际工程为研究背景,分析黄土湿陷性对地下车站结构抗震性能的影响,研究成果可以为同类地下车站结构的抗震设计提供有益参考。本文主要完成了以下几个方面的工作:(1)采用“模量折减法”,即对湿陷性黄土地区土体变形模量的折减和容重的增加来模拟黄土湿陷的特点,利用岩土与隧道有限元分析软件Midas/GTS建立了湿陷性黄土地区地下车站三维有限元计算模型,其中土与地下车站结构的接触算法通过设置Goodman无厚度接触单元来实现。(2)根据地下车站的场地特点,选取El-Centro波、兰州波和Taft波三条地震波在水平双向多遇地震、基本地震及罕遇地震作用下分别对考虑黄土湿陷性和不考虑黄土湿陷性两种地下车站结构模型进行地震反应分析,得到El-Centro波作用下结构地震反应最大,Taft波作用下次之,兰州波作用下最小;结构地下一层柱顶端和地下三层柱底端内力反应较大,该位置为地铁车站结构在强震作用下可能造成破坏的部位和薄弱环节。(3)对比分析黄土湿陷性对地下车站结构加速度放大系数、层间位移和各关键构件内力反应的影响,得到了湿陷性黄土地区地下车站结构在地震作用下的基本反应规律,即在罕遇地震作用下湿陷性黄土地区车站结构地下三层水平X向层间位移角最大,较不考虑黄土湿陷性增大43%,且结构层间位移角均小于规范中的限值,整体地下车站结构抗震性能良好。(4)考察了地震动输入方式、土层特性、结构埋深等因素对湿陷性黄土地区地下车站结构地震反应的影响,结果表明:通过改善结构周围湿陷性黄土性质可有效控制地铁车站结构变形;在一定范围内增大结构埋深可减小竖向地震对结构的影响;车站结构中柱、侧墙与楼板连接位置处内力较大。并对湿陷性黄土地区地下车站的抗震设计提出了相应建议。