合肥某地铁车站抗震计算分析

王斌，魏东方 （合肥市市政设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230041）

1 车站概况及抗震计算方法

合肥轨道交通4号线某车站全外包长209m。标准段基坑平均深度16.74m，覆土厚度3 m～4.2m。围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑支护体系，主体结构采用钢筋混凝土箱形框架结构。图1、图2分别为地铁车站横断面图及地铁车站地质纵断面，场地内地震动峰值加速度为0.1g，地震动反应谱特征周期为0.35s，对应抗震设防烈度值为7度，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为乙类。

图1 地铁车站横断面图

图2 地铁车站地质纵断面

2 反应位移法

反应位移法进行地下结构地震计算，需同时考虑土层相对位移、结构惯性力和结构周围剪力三种地震力作用。周围土体考虑为地基弹簧。车站的长宽比值较大，因此可三维模型简化为平面模型进行计算，计算简图如图3所示。

图3 反应位移法计算模型图示

Kv-顶底板压缩刚度；Ksv-顶底板剪切刚度；Kh-侧壁压缩刚度；Ksh-侧壁剪切刚度；

τu-顶板单位面积上剪力；τb-底板单位面积上剪力；τs-侧壁单位面积上剪力。

在重现期475年的地震作用下，地震工况反应位移法计算结果见图4所示，车站最大层间位移约5.3mm，弯矩最大为1245kN·m，轴力最大为989kN，剪力最大为982kN。

图4 地震工况反应位移法计算结果

地下车站地震计算方法 表1

车站动力模型计算参数 表2

不同方法抗震计算结果对比 表3

3 时程分析法

采用时程动力分析时，由于直接输入地震波作用，因此应限制土层单元尺寸，为准确模拟地震波在土层中的传播，一般计算中剪切波速传播的主要方向为竖向单元尺寸不大于1m即可满足要求。土层的选取范围，如图5所示。模型边界应采用粘性人工边界处理。需在有限元模型中人工边界节点的法向和切向分别设置弹簧元件和阻尼元件。

图5 时程分析法计算模型范围选取

地震荷载计算模型

本工程时程分析模型的尺寸分别为160m×100m。荷载选取加速度峰值为0.1g的三条地震加速度荷载，详见图6所示。地层计算参数根据勘察选取，详见表2所示。

图6 时程分析法模型及荷载选取

对车站结构断面进行抗震时程分析，计算出车站最大位移约29mm，最大层间位移差约6.6mm。车站最大层间位移约5.5mm，弯矩最大为1043 kN.m，轴力最大为844kN，剪力最大为604kN，见图7所示。

图7 地震工况时程分析法计算结果

4 结语

反应位移法将复杂的动荷载问题通过一维土层反应分析后简化成静力荷载模型进行计算。时程分析法则通过有限元软件直接将动力荷载作用在地下结构上，两种方法虽然原理有差别，但是计算结果趋势大体一致。

通过表3将反应位移法与时程分析法进行对比不难看出，反应位移法计算出的内力在地震荷载作用下，较时程分析法要稍大，但是时程分析法计算出的层间位移差要较反应位移法大，故要准确把握地震作用下结构的安全采用两种方法包络设计更为合理。