合肥某地鐵車站抗震計算分析

王斌，魏東方 （合肥市市政設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230041）

1 車站概況及抗震計算方法

合肥軌道交通4號線某車站全外包長209m。標準段基坑平均深度16.74m，覆土厚度3 m～4.2m。圍護結構采用鉆孔灌注樁+內支撐支護體系，主體結構采用鋼筋混凝土箱形框架結構。圖1、圖2分別為地鐵車站橫斷面圖及地鐵車站地質縱斷面，場地內地震動峰值加速度為0.1g，地震動反應譜特征周期為0.35s，對應抗震設防烈度值為7度，設計地震分組為第一組，抗震設防類別為乙類。

圖1 地鐵車站橫斷面圖

圖2 地鐵車站地質縱斷面

2 反應位移法

反應位移法進行地下結構地震計算，需同時考慮土層相對位移、結構慣性力和結構周圍剪力三種地震力作用。周圍土體考慮為地基彈簧。車站的長寬比值較大，因此可三維模型簡化為平面模型進行計算，計算簡圖如圖3所示。

圖3 反應位移法計算模型圖示

Kv-頂底板壓縮剛度；Ksv-頂底板剪切剛度；Kh-側壁壓縮剛度；Ksh-側壁剪切剛度；

τu-頂板單位面積上剪力；τb-底板單位面積上剪力；τs-側壁單位面積上剪力。

在重現期475年的地震作用下，地震工況反應位移法計算結果見圖4所示，車站最大層間位移約5.3mm，彎矩最大為1245kN·m，軸力最大為989kN，剪力最大為982kN。

圖4 地震工況反應位移法計算結果

地下車站地震計算方法 表1

車站動力模型計算參數 表2

不同方法抗震計算結果對比 表3

3 時程分析法

采用時程動力分析時，由于直接輸入地震波作用，因此應限制土層單元尺寸，為準確模擬地震波在土層中的傳播，一般計算中剪切波速傳播的主要方向為豎向單元尺寸不大于1m即可滿足要求。土層的選取范圍，如圖5所示。模型邊界應采用粘性人工邊界處理。需在有限元模型中人工邊界節點的法向和切向分別設置彈簧元件和阻尼元件。

圖5 時程分析法計算模型范圍選取

地震荷載計算模型

本工程時程分析模型的尺寸分別為160m×100m。荷載選取加速度峰值為0.1g的三條地震加速度荷載，詳見圖6所示。地層計算參數根據勘察選取，詳見表2所示。

圖6 時程分析法模型及荷載選取

對車站結構斷面進行抗震時程分析，計算出車站最大位移約29mm，最大層間位移差約6.6mm。車站最大層間位移約5.5mm，彎矩最大為1043 kN.m，軸力最大為844kN，剪力最大為604kN，見圖7所示。

圖7 地震工況時程分析法計算結果

4 結語

反應位移法將復雜的動荷載問題通過一維土層反應分析后簡化成靜力荷載模型進行計算。時程分析法則通過有限元軟件直接將動力荷載作用在地下結構上，兩種方法雖然原理有差別，但是計算結果趨勢大體一致。

通過表3將反應位移法與時程分析法進行對比不難看出，反應位移法計算出的內力在地震荷載作用下，較時程分析法要稍大，但是時程分析法計算出的層間位移差要較反應位移法大，故要準確把握地震作用下結構的安全采用兩種方法包絡設計更為合理。