地铁车站抗震计算分析与探讨

地铁车站结构地震作用实用计算方法一、等效静力法参照铁路隧道结构地震作用分析方法，地铁车站可采用等效静力法进行地震作用分析。

其地震作用工况荷载图示如图1所示。

图1 等效静力法荷载图示1、惯性力：F1＝ηm1A g/H (1-1)F2＝ηm2A g/B(1-2)P i=ηm i A g(1-3) 式中，η——水平地震作用修正系数，岩石地基取值0.20，非岩石地基取值0.25；F1——侧墙自重惯性力；F2——顶板覆土自重（包括地面超载）惯性力；P i——作用于各层板处惯性力；m i、m2、m3——分别为侧墙、上覆土（等效）质量；m i——各层板（含本层梁及上、下各半层柱）自重（包括活载）；A g——地震动峰值加速度；H、B——结构高度、宽度。

2、地震主动土压力增量：(2-1)(2-2)(2-4)式中，————主动土压力系数；——地震主动土压力系数；——计算点以上土的加权平均天然重度；——修正后土的重度；——计算点至地面高度；——土的内摩擦角；————地震角，按表1-1取值。

地震角表1-1二、反应位移法天然地层在发生地震时，其振动特性、位移、应变等会随不同位置和深度而有所不同，从而会在对处于其中的地下结构产生影响。

一般来说，这种不同部位的位移差会以强制位移的形式作用在结构上，从而使得地下结构产生应力和位移。

反应位移法就是根据以上原理建立起来的一种计算方法，它是以地下结构所在位置的地层位移作为地震对结构作用的输入。

利用反应位移法进行地下结构地震作用计算时，一般也考虑两种作用：惯性力和地层水平变形。

反应位移法荷载图示如图2所示。

图2 反应位移法荷载图示其中，惯性力可采用与等效静力法相同的计算方法。

地层变形可采用水平成层土场地地震反应分析程序shake91等进行分析得到。

估算时，也可参考美国BART抗震设计细则，取。

其中，为横波在地层中的传播速度，可按表2-1取值。

横波在土层中的传播速度表2-1土的种类传播速度(m/s)紧密的粒状土 300粉砂 150普通粘土 60软粘土 30参考书目：1、《地铁设计规范》GB50157－20032、《铁路工程抗震设计规范》GB50111－20063、《铁路隧道设计规范》TB10003－20054、《铁路工程设计技术手册隧道》，中国铁道出版社，19955、《地下结构》，郑永来、杨林德、李文艺、周健编著，同济大学出版社。

分析轨道交通工程地下车站结构抗震设计摘要：当前交通拥堵问题已经成为制约我国进一步发展的主要影响因素之一，通过开展轨道交通工程能够有效的解决我国交通拥堵问题，但是在实际的轨道交通工程建设过程中如何提高轨道交通工程抗震能力是其设计的重要环节，本文探究轨道交通工程地下车站结构变形特点，通过抗震计方法的介绍，对轨道交通工程地下车站结构抗震设计提出以下改进的看法和建议。

关键词：轨道交通工程；地下车站；抗震设计引言自我国改革开放以来，我国进入到了发展的黄金时期，我国各行各业发展迅猛，进而随着我国社会生产能力水平的不断提升，我国交通承受的压力越来越大。

特别是对于城市而言，城市居住人口较多，如何能够更有效的利用地下资源，开通轨道交通工程成为城市发展的必然走向。

本文将从轨道交通工程设计中抗震设计入手，从多个方面分析如何提高轨道交通工程地下车站结构设计的设计质量。

1当前我国轨道交通工程地下车站抗震现状随着我国社会生产能力的不断提高，人们对于自身日常出行提出了更高的要求，当前现行的个人驾车出行或公交等方式的出行手段已经不能够满足人们的实际需求。

城市轨道交通的发展成为必然，随着城市轨道交通的不断发展，轨道交通工程地下车站结构发生了较大的变化，传统的跨度小、断面小的轨道交通工程地下车站结构已经逐渐失去其原有的优势，当前大跨度、高断面的结构已经成为轨道交通工程地下车站结构发展的主要走向之一，这也对轨道交通工程地下车站抗震能力提出了更为严格的要求。

当前我国在开展轨道交通工程地下车站抗震结构设计研究的过程中主要的研究方向与研究重点放在了基于标准断面的车站结构设计，在进行大跨度的地下车站研究过程中主要以矩形结构为研究的重点，虽然我国在对大跨度轨道交通工程地下车站抗震设计方面研究的速度较快并且已经取得了一定的成果，但是针对大型复杂的轨道交通工程地下车站结构设计的研究投入还有待提升。

2轨道交通工程地下车站结构在地震状态下变形的主要特点随着我国公路运输与铁路运输压力的逐渐增多、城市居民流动人口数量的不断增长，开展轨道交通工程建设是我国当前各大城市解决交通拥堵问题的主要手段之一，轨道交通工程地下车站的建设地区均处于地下区域，因此当周边环境发生震动时引发其应力变化的主要因素在于地基受力变形，而不同于路面交通主要是由于惯性原因。

１　Ｔ型换乘车站结构抗震分析方法目前地下结构抗震分析常用的方法有反应位移法和时程分析法［８］。

其中：反应位移法认为地震过程中地下结构与周围地层具有相同的动力要素，因地层深度变化而产生的层间位移差将与各种工况载荷相结合，作为强迫位移施加在地下结构上。

由此，可以将土层的地震动力响应简化为平面静力问题，并计算得出结构内力［９ １０］。

而时程分析法采用有限元离散化法，将围岩介质与地下结构按整体处理，计算得到二者的动力响应［１１ １２］。

模型的动态特性是该方法讨论的重心，但需引入人工边界，设置不同的约束条件来表征未被建模的实际无限地层对参与建模的有限计算区域的影响。

本文通过上述两种计算方法对郑州地铁龙湖北站进行建模计算并对计算结果进行对比分析。

本文主要介绍时程分析法的模拟过程，对于反应位移法，仅列其模拟结果。

图１　郑州地铁龙湖北站横断面图２　工程概况龙湖北站横断面结构形式如图１所示。

覆土厚约为３．５ｍ，底部埋深约为２４．６ｍ，站台宽为１４．０ｍ，换乘车站主体结构外包长度为２０９．０ｍ。

本站分布的主要地层有②３１黏质粉土（Ｑａｌ４）、②４１粉砂（Ｑａｌ４）、②５１细砂（Ｑａｌ４）。

该站标准段基坑宽度为２２．３ｍ，围护结构采用１０００ｍｍ厚地下连续墙＋内支撑＋临时立柱的支护体系，共设置４道支撑：第一道支撑为７００ｍｍ×８００ｍｍ混凝土支撑；第二道、第四道支撑采用 ６０９ｍｍ、壁厚为１６ｍｍ钢管撑；第三道支撑采用 ８００ｍｍ、壁厚为２０ｍｍ钢管撑。

临时立柱桩采用 １０００钻孔灌注桩，插入基底以下１１．０ｍ；地下连续墙嵌固深度为１８．０ｍ。

龙湖北站为地下三层双柱三跨框架结构，顶板厚８００ｍｍ，中板厚４００ｍｍ，底板厚１０００ｍｍ，中柱尺寸为７００ｍｍ×１０００ｍｍ，柱跨为９ｍ。

３　动力计算准备工作时程分析法主要关注阻尼确定、地震波输入模式、人工边界设置等问题。

建模所用各种材料的计算参数如表１所示。

地铁地下结构抗震分析及设计中的关键问题摘要：近年来，我国的城市化发展突飞猛进，其中地铁的建设也在不断拓展，在城市建设中地铁有着不可替代的重要作用，不仅为人们的出行带来了便利条件，并且也缓解了城市交通的压力，促进了城市高速发展。

在开展地铁的建设工作时，必须要做好结构抗震分析，并合理设计，保证地铁的质量以及安全性，为城市的发展以及人们的生命财产安全提供保障。

文章就地铁地下结构抗震分析与设计进行了详细的讨论。

关键词：地铁地下结构；抗震分析；设计引言地铁设计和施工技术虽然相对成熟，但对于抗震研究尚不充分。

地铁工程是百年工程，且深埋于地下；一旦在地震中破坏，后期难以修复。

因此深入研究地铁结构抗震问题，对于目前大规模的地铁建设意义重大。

1地铁地下抗震结构的重要性地下与地上结构不同的是，地下结构由于受到周围土体的约束，其在地震作用下的破坏程度明显低于地上结构。

但是1995年日本的阪神地震造成神户地铁车站及隧道工程严重破坏，这给当时的传统观念带来极大冲击。

由此可见，开展地铁车站结构抗震性能研究的任务十分紧迫，不仅对城市交通建设的开展有实际意义，对其他地下结构的抗震设计也有参考价值。

2地下结构的抗震研究考虑到地层的约束，相比地上结构而言，地下结构被认为具有良好的抗震性能。

但是，通过对近些年来国内外地下结构地震灾害现象的调查研究，在地震作用下，地下结构的破坏现象也相当普遍，对地下结构抗震性能的研究也在实际的设计工作中不断推进。

采用MIDAS/GTS软件对地下结构进行时程法计算分析，动力有限元数值仿真分析中，所关心振波的高频（短波）成分决定网格单元长度，低频（长波）成分决定模型边界范围的大小。

通常，当计算模型的水平范围取为8-10倍隧道直径时，即可获得较高的计算精度。

为了解决有限截取模型边界上波的反射问题，边界条件采用由Decks等人提出的粘-弹性吸收边界。

粘-弹性边界不仅可以较好地模拟地基的辐射阻尼，而且也能模拟远场地球介质的弹性恢复性能，具有良好的低频稳定性。

浅谈地铁地下车站抗震设计摘要：随着我国国民生活水平的提升，汽车已经成为人们重要的代步工具。

然而，随着汽车保有量的逐步扩大，路面交通拥堵问题已然接踵而至。

为解决日益拥堵的路面交通问题，地铁工程已经成为大中型城市建设的重点项目。

我国一些大中型城市存在地震灾害，为了确保人们在地下车站中的安全以及行车安全，应科学、合理的对地铁地下车站进行抗震设计。

鉴于此，本文将对地铁地下车站的抗震设计进行详尽探究。

关键词：地铁；地下车站；抗震设计引言：为了快速解决我国大中型城市日益严峻的城市交通拥堵问题，地铁工程已经成为解决这一问题的必要途径。

其中，由于地震具有巨大的破坏作用，为了有效的抵抗因为地震而出现的强烈破坏力，需要加强地铁中地下车站的抗震能力，从而有效降低地震所产生的破坏作用，维护地下车站中市民的安全。

为了确保城市交通秩序稳定，保障人们的生命财产安全，加强地铁地下车站抗震设计就显得极为关键。

一、我国地铁结构抗震设计标准的发展尽管我国地铁工程建设时间比较长，但是仍然存在对地铁地下车站地震危害认识不足，地铁地下车站由于存在地层约束，使得其地震危害程度小于地上结构，所以导致没有对地铁地下车站的抗震性有着足够严重的关注，从而使得我国对于地铁地下车站的抗震设计方面存在滞后现象，进而延误了地铁地下车站抗震方面的相关规范标准以及理论的发展。

近年来，我国加大了对地下车站抗震问题的研究力度，从抗震设防标准、抗震性能要求、场地与地基抗震规定、地震反应计算和抗震构造措施等多方面进行了全面而系统的规定，为地铁结构的抗震设计提供了依据和指导。

二、我国地下车站抗震研究现状和地铁地下车站常用地震分析方法1、原型观测法原型观测法是研究地下车站地震反应规律和破坏机理的手段，主要方式有地震观测和震害调查，它是对真实地下车站地震反应进行实地量测或调查的地下车站抗震研究方法。

2、动力模型试验法动力模型试验法是研究地下车站地震反应的重要手段，振动台模型试验提供了一种可以控制地震动输入、边界条件、土层性质等影响参数研究地下车站在地震作用下动力反应的手段，它在一定程度上补充了原型观测资料的不足。

某地铁车站抗震计算分析与探讨摘要：本文以有限元软件MIDAS GTS NX对某地铁车站结构进行抗震计算模拟，通过反应位移法与时程分析法计算，分析抗震工况对车站主体结构受力的影响。

为今后工程设计提供参考。

关键词：MIDAS GTS；抗震；结构受力；结构变形引言越来越多的人口向城市集中使得城市人口集中增长，规模不断扩大，造成城市交通愈发紧张，地铁已经成为满足人们日常交通出行的首选。

本文已某地下车站抗震计算作为研究背景，分别采用了反应位移法、时程分析法对车站在不同地震作用下车站主体结构受力及变形进行计算分析，并提出相应的抗震加强措施。

工程实例：1、工程概况车站主体结构为明挖三层两柱三跨钢筋混凝土矩形框架结构。

车站总长263.75m，标准段宽23.5m，车站底板埋深约26.15m，顶板覆土约4.2m，车站中心线处轨顶绝对标高为14.300m。

图1.1 车站标准段三跨断面图2、有限元计算2.1结构设计参数车站标准段的结构埋深、抗浮水位、场地特性进行统计见下表表2.1.1结构埋深、抗浮水位、场地特性2.2反应位移法抗震计算根据地震安全评价报告及抗震设防烈度要求，该地铁车站对应的地表水平峰值位移为0.182m。

一般情况下，对地下车站结构，应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各岩土的剪切波速均不小于500m/s的土层顶面的距离确定基岩面的深度。

根据地震安全性评价报告，车站底板覆盖层厚70m。

取结构底板位移为零，将结构划分单元后弹簧支座点预加的支座位移。

2.3反应位移法抗震计算结果层间位移角验算（对比两边侧墙及中柱的层间位移角，取最大值验算）负一层层间位移角：0.0034/6.00=1/1764＜1/600负二层层间位移角：0.0072/6.20=1/862＜1/600负三层层间位移角：0.0109/7.45=1/683＜1/600经过分析比较，车站结构各构件的的控制组合为正常使用阶段控制；地震组合不控制车站结构各部位配筋。

地铁车站结构抗震设计计算方法及必要性曹萌芽苏云肖中铁隧道勘测设计院有限公司，天津 300133摘要：针对我国商缺少完善的地铁下结构抗震计算方法，在分析目前我国地铁等地下结构抗震研究基础上，重点阐述了需要解决的抗震设计计算方法。

关键词：地铁车站；结构抗震设计；计算方法；必要性中图分类号：TU93；TU921 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)42-0135-021 地铁车站结构抗震计算方法抗震设计是地铁车站结构设计中非常重要也是相对薄弱的环节。

一方面，当前对于地下结构的地震响应与震害机理的认识还不够明晰；另一方面，尚缺乏指导设计广而认可的实用分析和计算方法。

地铁车站结构抗震计算方法主要分静力法和动力法，静力法是将随时间变化的地震力或地层位移用等代的静地震荷载或静地层位移代替，然后用静力计算模型分析地震荷载或强迫地层位移，该法是比较简单实用的抗震计算方法；动力法又称动的解析法、时程分析法，将车站结构和周围土体作为一个整体在基岩输入地震波来分析，考虑了结构-土的动力相互作用，直接从运动微分方法出发，用数值方法逐步积分，可以获得结构在整个地震作用中的状态变化情况，能比较真实地再现结构在地震时的动力反应，该法能够处理土层的各向异性、材料的非线性以及各种不同的边界条件等问题，因而该方法是地下结构抗震分析方法中最为精确的方法，但计算量相对较大、较为耗时。

本节系统总结了目前国内外常用的地下结构抗震设计计算方法，静力法的震度法、反应位移法及动力法的动的解析法等。

1.1 震度法震度法又称地震系数法，国内《铁路工程抗震设计规范》和《建筑抗震设计规范》地下结构部分的抗震计算采用了震度法。

将地震动的作用等效为静力荷载进行抗震计算，等效静荷载包括主动土压力增量、结构惯性力以及上覆土体惯性力，其中结构惯性力：F=（a/g）·W=K·W式中：a 为作用于地下结构的地震加速度，g 为重力加速度，W为结构自重，K为地面运动加速度峰值与重力加速度g 的比值，即设计水平震度。

地铁车站抗震设计探讨1地铁车站震害实例分析在阪神地震中，神户市地铁多数车站有震害现象发生，尤其是大开车站（Daikai Subway Station）和上泽车站（Kamisawa Station），破坏最为严重，混凝土中柱开裂倒塌、顶板和楼板断裂坍塌、侧墙开裂等破坏现象随处可见。

其他车站的中柱、顶板、楼板和侧墙部位也有破坏现象，但总体来说，破坏较为轻微。

该车站用明挖法于1964年建成，中间柱（400×1000�，�3.5m）约30根完全破坏，顶板下沉约3m，车站断面变成M形，中柱上端或下端混凝土剥落，钢筋屈曲。

在线路方向及垂直方向上，轴向钢筋鼓出，箍筋也有许多破坏的，在侧墙的隅角部位也发生裂缝及变位但无显著破坏。

国内外学者根据地铁车站结构在阪神地震中出现的严重破坏进行了许多研究，结果表明：（1）中柱是地铁车站结构抗震的薄弱环节，对其抗震性能的设计应引起重视；大开车站的中柱是由于水平和竖向地震作用下产生了较大内力，从而导致了整个地下结构的破坏；（2）直下型地震的强地面运动破坏作用对地铁车站的破坏很大；（3）采用冲量理论分析竖向地震作用对中柱破坏的影响，发现竖向地震动作用下地下结构所产生的内力比水平地震动作用下产生的内力还要大，这能较好的解释中柱破坏的震害现象，说明竖向地震作用对地铁车站结构的破坏有显著影响。

2 地铁车站震害机理分析地铁车站震害形态的差异与地震强度、震源距、地震波的特性、地震力的作用方向、地质条件、车站结构与周围土体介质的相对刚度及施工方法、施工的难易程度等有密切关系。

根据以往地下结构在地震时所表现的行为可知，地震的主要或次要效应均可使车站结构遭受破坏。

该效应包括两个方面：第一种效应是土体失稳，指土体的变形、差异位移、震陷和液化。

该类型的破坏多数发生在水文地质条件变化较大、断层破碎带、浅埋地段或车站结构刚度远大于周围土层刚度的土体介质中，是目前公认的主要破坏形式。

第二种效应是地震惯性力，指强烈的地层运动在结构中所产生的惯性力所造成的破坏。

浅析地铁等地下结构的抗震分析和设计中的问题摘要：近年来随着我国经济发展水平的不断提高，城市轨道交通飞速发展，地铁也正逐渐成为人们出行的主要交通方式，但是就目前的现状而言，我国并没有形成完整的地铁以及其他地下结构的抗震理论体系。

本文研究了目前地铁等地下结构抗震分析和设计的实际情况，找出了一些关键问题进行研究讨论，提出了一些建设性意见，对地铁等地下结构的抗震分析具有重要的作用，并且对其他地下建筑工程的设计具有重要的参考意义。

关键词：地铁地下结构抗震分析引言：随着改革开放的不断深化，我国经济迅速发展，城市发展也迈入了一个新的台阶，城市规模的不断扩大，相应的城市的交通压力也越来越大。

地铁作为一种新型的交通方式逐渐进入人们的生活，相较于传统的交通工具，地铁方便快捷环保并且很大程度上缓解了交通拥堵这一难题。

就目前现状来看，我国无疑是进入了地铁建设的黄金时期。

为此我们要更加重视这其中的安全问题，地铁的安全事关人民的生命财产安全，地铁工程的抗震问题便是地铁安全问题的重中之重。

本文作者通过多种研究方法分析总结了地铁抗震分析中的几大重要环节，对地铁等地下结构的抗震分析和设计提供一些参考。

（一）：结构和土相互作用的分析模型地铁车站结构抗震计算方法主要分静力法和动力法，静力法是将随时间变化的地震力或地层位移用等代的静地震荷载或静地层位移代替，采用静力计算模型分析，该法简单实用；动力法是地下结构抗震分析方法中最为精确的方法，但计算量相对较大、较为耗时。

在地震发生时，地铁等地下工程结构和周围土壤会出现弹塑性以及非线性的特点，地铁与土壤接触的部分可能会发生局部的滑坡与脱离。

为此在建立模型时应该将结构和土的弹塑性与非线性的特点考虑进去，包括结构材料的非线性·结构和地基的非线性·近场地基和远场地基的非线性因素，虽然这几个非线性的单个理论研究已经比较成熟，但是在实际过程利用这些理论成果去建立合理的地铁等地下工程结构的分析模型还需要进一步的研究深化。

地铁车站的抗震时程分析探讨摘要：本文通过北京xx号线xxx站的抗震分析，探讨了地铁车站的抗震方法及内容，为地铁车站抗震计算提供了一定的参考和借鉴。

关键词：反应位移法时程分析法层间位移角加速度地铁车站城市轨道交通工程隧道及地下车站结构的地震反应计算方法有惯性力法、反应位移法、反应加速度法、弹性时程分析法、非线性时程分析法等。

惯性力法、反应位移法和时程分析法用于横向及纵向地震反应计算，反应加速度法用于横向地震反应计算。

惯性力性、反应位移法适用于弹性阶段反应分析，采用荷载-结构模型建模分析；反应加速度法及时程分析法既适用于弹性阶段反应分析也适用于弹塑性阶段反应分析，采用地层-结构模型建模分析。

xxx站为xx号线与R1支线的换乘站，位于万盛南街与规划玉桥西路南沿路交叉口处，沿万盛南街东西向设置，车站总长286m，宽21.9m、高13.2m。

车站主体为明挖双层双柱三跨岛式车站，中心里程处覆土约3.4m。

根据《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）及《城市轨道交通工程设计规范》（DB11/995-2013）相关内容，本站地震反应计算分析时，抗震性能要求为I 时（E1及E2地震作用下）采用反应位移法，抗震性能要求为II 时（E3地震作用下）采用非线性时程分析法，本文主要讨论车站的时程分析法进行抗震分析。

1时程分析法介绍时程分析法即结构直接动力法，是最经典的方法，也是普遍适用。

其基本原理为：将地震运动视为一个随时间而变化的过程，并将地下结构物和周围岩土体介质视为共同受力变形的整体，通过直接输入地震加速度记录，在满足变形协调条件的前提下分别计算结构物和岩土体介质在各时刻的位移、速度、加速度，以及应变和内力，并进而验算场地的稳定性和进行结构截面设计。

时程分析法具有普遍适用性，在地质条件、结构形式复杂，隧道结构宜考虑地基和结构的相互作用、以及地基和结构的非线性动力特性时，应采用这一方法，且迄今尚无其他计算方法可予以代替。