地铁换乘车站抗震非线性时程分析

xx市轨道交通2号线一期工程抗震专项论证xx站目录第一章概述 (1)1.1 工程概况 (1)1.2 结构特点及施工方法 (2)1.3 设计依据 (3)1.4 主要设计原则 (4)1.5 主要设计标准 (6)1.6 初步设计评审意见及执行情况 (6)1.7 基坑专项论证专家意见及执行情况 (7)第二章工程地质和水文地质概况 (10)2.1 工程地质 (10)2.2 地层特征 (10)2.3 水文地质 (12)2.4 特殊性岩土及不良地质作用 (14)2.5 地震安全性评价报告结论 (15)第三章抗震设防基本要求 (16)3.1 抗震设防目标 (16)3.2 抗震设计条件 (16)3.3 抗震设计方法 (17)第四章静力作用下结构计算分析 (19)4.1 荷载分类及组合 (19)4.2 计算模型与计算简图 (21)4.3 主体结构计算及结果 (22)第五章抗震计算 (24)5.1 静力法计算 (24)5.2 时程分析法计算 (31)5.3 结构抗震性能分析 (36)第六章抗震构造措施 (39)6.1 主体结构抗震构造措施 (39)6.2 非结构构件抗震措施 (45)第一章概述1.1 工程概况xx站位于现状下堡路与塔浦路交叉口北侧，沿塔浦路向北方向布设，位于规划园二路下方，现状地面起伏较大、南高北低，站址范围内南北地面高差约1.4m~3.2m。

站址西南角为中国铁建海曦小区，东南角为空地，东西两侧及站址北端为东宅社2~4层民房、临街简易房或厂房。

本站为地下双层岛式站台车站，站台宽度为12m，有效站台长118m，主体结构采用双层三跨钢筋混凝土框架结构，设3个出入口、两组风亭，车站有效站台中心里程右DK36+070.447，车站主体结构外包总长213m，标准段宽21m，车站顶板覆土3~4.5m。

鉴于周边环境，结合本站的地质条件，车站采用明挖顺作法施工，分两期施工，一期施工车站主体结构（含车站两端风道），二期施工出入口。

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。

地铁地下车站抗震性能分析方法周灿朗;龙喜安【摘要】以佛山地铁三号线荔村站实际工程为背景，讨论了反应位移法和时程分析法两种地下车站结构抗震性能分析方法。

反应位移法以一维土层地震反应计算为前提，以结构周围土体在地震作用下的变形值为基础，建立了地铁车站二维结构模型，利用变形值计算出等效地震作用力，以静荷载的形式加载于结构模型中，并将地震响应结果与静力法计算结果进行了对比，总结了地铁车站在地震作用下的内力变化规律。

时程分析法以动力有限元理论为基础，从半无限空间选取有限土体，采用了粘弹性人工边界，对选用的地震波记录值进行了合理调整，采用了计算方便、节约内存且其计算精度较高的瑞利振型阻尼，基于Midas GTS NX软件，建立了结构和周围土层作为整体计算模型，通过模态分析求解了结构体系各阶的自振频率和各阶振型，模拟了地下结构在地震荷载下的动态特性，揭示了地铁车站在地震作用下的位移时程反应及变形规律；最终通过两种抗震性能分析方法为地铁车站结构的抗震设计提供了依据。

%The two analysis methods of structural seismic (response displacement method and time history analysis method) are discussed in this paper for the underground station based on the actual project of Li Cun Station in Metro line No.3 in Foshan. The response displacement method is on the premise of seismic response calculation of one-dimensional soil layer, and is on the basis of deformation value of the surrounding soils under earthquake action. Two-dimensional structure model is established for the subway station and the equivalent earthquake force is calculated by using the deformation value, which is loaded in the structural model in static form. The re-sults of seismic response and staticmethod are compared and the change law of internal force is summarized. Be-sides, the time history analysis method is on the basis of dynamic finite element theory. Limited soil from half-space should be selected and the viscous-spring artificial boundary should be used for this method. Also the record values of seismic wave must be adjusted reasonably. And the rayleigh damping is used which has the ad-vantages of convenient calculation,memory saving and high accuracy. A whole calculation model is established which include the structure and the surrounding soil based on Midas GTS NX software. And the natural frequen-cy and vibration modes of the structural system are solved through the modal analysis. The dynamic characteris-tics of underground structures is simulated under the seismic load. And the displacement time history response and deformation law are revealed under earthquake action of the subway station. The article provides the basis for a seismic design for subway station through the two methods of seismic performance analysis.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2016(033)003【总页数】10页(P13-22)【关键词】地铁车站;结构抗震;反应位移法;非线性时程分析法;Midas GTS NX 【作者】周灿朗;龙喜安【作者单位】广州地铁设计研究院有限公司，广东广州 510010;广州地铁设计研究院有限公司，广东广州 510010【正文语种】中文【中图分类】TU352.1;U231;TU93近年来，城市地铁项目进行了大规模建设；由于地铁受地震荷载作用下发生破坏的实例不多，在国内基本上都没有经过大地震的考验，地下结构在地震作用下发生破坏的问题通常容易被忽视。

某典型地铁车站结构抗震分析摘要：文中针对某两层两跨的典型地铁车站结构，建立起三维计算模型，其中考虑了土体的非线性和结构的弹塑性变形，分析了其在不同幅值的人工地震波作用下的地震响应规律，指出了结构抗震的薄弱部位，并从结构柱端弯矩和结构变形两方面评价了结构的抗震性能。

计算分析表明该结构具有较好的抗震性能，结构整体满足抗震要求。

论文研究成果可供相关类似工程的设计提供参考。

关键词：地铁车站结构；地震响应；抗震性能；框架结构一、引言随着城市地铁建设的飞速发展，城市地铁已成为城市整体抗震防灾的重要组成部分，另外，地下结构一旦在地震中发生破坏，其修复成本也及其高昂，其抗震性必须引起足够的重视。

因此，地下结构的抗震分析是目前抗震分析领域的热点[1-3]。

二、计算模型该结构模型如图1 所示，为两层两跨的框架结构，水平纵向长192m（纵向柱距8m），水平横向宽24m，高12m。

基于已有研究成果[4]，计算范围选取如下：水平横向宽度：取结构横向宽度的 5 倍；水平纵向长度：由于本文仅考虑水平传播的SH 波，因此，模型可按平面问题考虑，纵向长度取单位宽度即可；竖向深度：根据该处的地质钻孔资料，在零下50m 左右即到达了基岩面，因此，竖向深度取50m。

则计算模型如图2 所示。

静力计算时，模型四个侧面均取固定边界，底部取为竖向固定、水平自由的边界，表面为自由变形边界。

动力计算时在模型的四个侧面上均采用自由场边界条件[5]，底部取为竖向固定、水平自由的边界，顶面为自由变形边界。

动力计算时，在地下50m 基岩处输入未来50 年超越概率为10%和2%的地震动加速度进行中震和大震计算其幅值分别为52gal 和96gal。

中震的加速度时程及频谱特征曲线如图 3 所示。

其中采用等价线性化方法考虑土体的非线性特性，计算参数见表1 所示。

车站结构的混凝土材料选用MC 模型，参数按C30 混凝土选取。

三、计算结果1．柱端弯矩图4 和图5 分别为中震和大震时柱端弯矩时程曲线，由图可见，柱端弯矩最大值分别为844KN*m 和1934KN*m，与静力时的柱端弯矩值（155KN*m）相比，增量非常大。

地铁换乘车站抗震非线性时程分析摘要：本文以广州市轨道交通11号线某换乘站为例，通过MIDAS GTX NX岩土工程有限元分析软件建立地下车站结构三维模型，采用非线性时程分析的方法对车站进行地震响应分析，研究地下车站在地震作用下的安全性。

结论表明，该车站结构满足抗震要求，提出对抗震薄弱部位有必要进行加强设计。

关键词：地铁车站；换乘站；抗震设计；有限元时程分析国内城市轨道交通建设方兴未艾，地铁业已步入大规模线网建设与运营的新时期。

地铁车站因受到周围土体的约束，地震发生时受到的破坏程度较轻，但多线换乘车站越来越多，地质条件复杂多变，发生地震时若地下结构出现损坏，将造成巨大损失。

因此对地下结构进行抗震分析，验证车站是否满足抗震性能要求，有着非常重要的意义。

本文以广州市轨道交通11号线某换乘站为例，通过MIDAS GTX NX有限元分析软件建立三维模型进行分析，研究车站在地震作用下的安全性。

1 工程概况1.1车站概述本站为11号线与12号线换乘车站，地下二层双岛站台平行换乘，车站总长约441米。

本站11、12号线车站标准段宽为45.3米，车站基坑开挖深度约为18.5米；11号线两线两层明挖段，宽度13.35米 ~18.2米，深度约21.0米。

根据《城市轨道交通结构抗震设计规范》，本工程车站抗震设防分类为重点设防类，抗震等级为三级，按7度抗震设防烈度要求进行抗震验算。

根据《广州市轨道交通十一号线工程场地地震安全性评价报告》，该站设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10711g（特征周期为0.45s）。

1.2地质简介根据勘察成果揭露，本站场地发育的地层有新生界第四系地层和白垩第上统地层。

根据本场地所揭露地层的地质时代、成因类型、岩性特征、风化程度等工程特性，本次计算所用到的勘察钻孔各土层物理力学参数详见表1。

2 计算模型及参数2.1计算边界及网格划分三维建模时，保证计算结果可靠性，对模型、参数、材料及边界进行合理假定，减少计算时间。

地下车站抗震案例分析摘要：目前是我国轨道交通行业快速发展的时期，地铁建设如火如荼。

地铁作为百年工程，关系国计民生，地铁结构必须满足抗震的要求。

本文以某地下车站为例，采用非线性时程分析法对地下车站抗震有限元计算。

关键词：轨道交通；车站；抗震；非线性时程法1、案例概况本文以某沿海城市地铁1号线某车站为例。

该车站采用明挖法施工，为地下两层12m岛式站台车站，采用地下两层双柱三跨钢筋混凝土框架结构。

本工程抗震设防分类为乙类，抗震等级为三级，按7度抗震设防烈度要求进行抗震计算。

2、抗震分析抗震设计中地震效应的计算方法有反应位移法，地震系数法，弹性时程方法，非线性时程方法等。

根据规范要求，采用反应位移法和时程分析法进行抗震效应计算。

本文仅介绍采用非线性时程分析法对车站进行有限元抗震计算。

由于本站分布均匀、规则且纵向较长，结构分析采用平面应变分析模型。

2.1计算模型建模时取1延米平面框架，柱按抗弯刚度等效原则转化为墙，根据抗弯刚度等效原则计算等效墙厚。

岩土采用平面应变单元、结构采用梁单元进行有限元建模。

岩土采用摩尔-库伦理想弹塑性模型，结构采用线弹性模型。

岩土单元的尺寸约为1m×1m，以满足动力分析的要求。

计算模型底面采用固定边界，侧面采用粘性人工边界。

模型底面取至<17-2>号散体状强风化花岗岩层面，顶面取地表面，侧面边界到结构的距离取结构水平宽度的3倍。

计算模型2.2计算地震波本文选择3组地震波进行计算：结语：非线性时程分析法进行抗震分析，能够计算地下结构的抗震能力，指导结构设计和施工。

实际施工时，需要采取必要的抗震构造措施，在薄弱部位进行加强，完善结构受力转换体系，保证结构承载力和安全性，采取必要的辅助施工措施，同时优化施工步序和现场组织。

参考文献：[1]赵真.抗震概念设计刍论[J]. 国际地震动态, 2015(5):47-48.。

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。

地铁车站的抗震性能设计城市轨道交通已成为一个城市先进水平的标志。

文章以某地下车站为例，通过时程分析法对其进行抗震性能分析。

结论：（1）结构在设计地震作用下，整体处于弹性阶段，层间位移和位移角均满足抗震设计要求；（2）土层的最大相对位移和地铁车站结构的最大位移是数值相差很近，在设计地震作用下，土层和结构保持整体运动，不发生分离现象。

（3）结构弯矩最大值出现在侧墙底部与底板连接处，设计时应考虑采取加强措施。

标签：地铁车站；时程分析法；抗震性能分析近年来，随着城镇化推进，交通拥堵问题越来越严重，地铁以其快速、便捷的优势，迅速受到大型城市的青睐，也成为一个城市现代化的标志，地铁建设因此在国内外大型城市如火如荼的进行着。

地铁建设作为百年工程，地铁的抗震性能设计是地铁结构设计的重要组成部分，针对地铁抗震性能的分析受到广大学者的重点关注。

1 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[1]。

为了解决有限截取模型邊界上波的反射问题，边界条件采用由Decks等[2～4]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。

本次分析采用地震输入为地质安全评估部门专门提供的地震时程函数。

根据抗震设计条件，采用安评报告中三组50年超越概率为10%和2%地震的基岩加速度时程函数进行时程法分析，根据轨道交通抗震规范，本工程仅计算水平地震作用，根据三个样本的加速度时程，分别沿X方向、Y方向进行时程分析，取其中最不利影响结果作为本工程抗震依据。