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考虑土—结构动态接触条件下地铁车站的抗震研究

张俊  
【摘要】: 我国地处欧亚地震带和环太平洋地震带之间,地震活动区分布较广,是一个多地震的国家,基本地震烈度设防区在6级以上的地区占全国总面积60%以上,381个大城市中50%以上位于7度以上的地震区,20个百万人以上的大中城市中70%在7度以上地震区。本世纪以来,我国大约每三年就发生两次以上的强烈地震,而每两次大震中差不多就有一次酿成重灾。值得注意的是我国大部分地区处于地震频发区,许多大都市都位于高烈度的地震区。而且高烈度地震区内的城市地铁大规模建设是在近二十多年才出现的,大多数还没有经过大地震的考验。 长期以来,人们普遍认为地下结构受周围土体约束,在地震时遭受破坏的比例很低,所以除特殊情况外,一般认为地震对地下结构的影响很小。然而,1995年1月17日在日本兵库县南部发生了里氏7.2级的“阪神地震”,阪神地震对地铁车站造成的破坏最为严重,比区间隧道严重得多。其中,大开地铁车站的中柱破坏十分严重,有35根柱完全压碎,钢筋外露成曲状,顶板塌落成“M”型,导致上方地面发生沉陷,其最大值达2.5m,严重影响地面交通。对神户市内的地下铁道、地下停车场、地下隧道、地下商业街等地下结构造成了有史以来最严重的破坏,阪神地震真正地给地下结构抗震敲响了警钟。 由于地铁车站投资大,规模大,是城市的“生命线”,为减少地震引起的破坏和损失,地铁车站抗震设计研究引起了各国的重视,美国、日本等发达国家都曾对地下结构抗震设计理论进行了研究,提出一系列实用的抗震分析方法。 本论文根据刘晶波和杜修力修正过的粘弹性人工边界理论,考虑结构与地基土动态接触的显式有限元方法,利用ANSYS软件,提出并建立用以分析处于单相介质中地铁车站地震响应的参数化模型。在P波和SV波作用下分别考虑土体材料、车站埋深、高跨比、结构类型、厚度等对地铁车站地震响应的影响,总结并给出地铁车站在地震作用下的位移时程反应及变形规律,为抗震设计提供依据。


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