考慮周邊建筑影響的地鐵車站地震響應特性及簡化抗震分析方法研究

城市軌道交通是大城市和特大城市大容量快速公共交通體系的核心解決方案，其基礎設施的建設已成為國家發展的重大需求。近年來，隨著城市軌道交通基礎設施建設的進一步加快，以及軌道交通網密度的不斷增大，大量地鐵車站需建在各種建筑物密集的區域，為城市軌道交通地下結構的地震響應分析和抗震設計帶來了新的挑戰。與單一車站不同，臨近地面建筑地鐵車站除受到場地變形的影響外，地面建筑在地震過程中產生的慣性力也會通過場地傳遞給車站。考慮周邊建筑影響的地鐵車站地震響應分析具有重要科學意義和應用前景。鑒于此，本文通過整體模型的動力平衡分析、臨近地面建筑地鐵車站的子結構分析、參數化分析和實例的數值模擬分析等方法，針對當前地鐵車站-場地-地面建筑動力相互作用方面研究的不足，重點研究了臨近地面建筑地鐵車站地震響應特性和簡化抗震分析方法，為復雜城市環境下地鐵車站的抗震設計提供參考。主要研究成果如下：

（1）從整體、子結構模型出發對地鐵車站-場地-地面建筑的動力相互作用機制進行理論分析。研究發現，在產生機制上，臨近地面建筑地鐵車站的地震響應可以分解為由場地運動引起的運動相互作用和由地面建筑振動引起的慣性相互作用。

（2）通過參數化分析討論了周邊建筑動力特性、地鐵車站結構形式、地下-地上結構相對位置、地震動輸入特性、場地條件等因素對臨近地面建筑地鐵車站地震響應中運動相互作用和慣性相互作用的影響，系統地探究了考慮周邊建筑影響的地鐵車站地震響應特性。

（3）以地震響應機制為切入點，基于大型三維數值模擬分析了臨近地面建筑地鐵車站地震響應的三維空間特性。通過對車站橫向及縱向不同位置內力和變形的分析，得到了臨近地面建筑地鐵車站地震響應橫向（側墻比中柱更受影響，站廳層靠近建筑一側的側墻最受影響）及縱向（地面建筑對車站的縱向影響范圍包括“核心區域”及其兩側約7倍柱間距的“過渡區域”）的空間特性。

（4）基于非線性靜-動力耦合模型，探究了在強震作用下臨近地面建筑地鐵車站的破壞機制和模式。通過與單一車站的結果進行對比，得到地面建筑對車站非線性發展規律的影響及發現臨近地面建筑地鐵車站的抗震薄弱環節（車站站廳層靠近地面建筑一側的側墻）。

（5）根據臨近地面建筑地鐵車站地震響應的機理及特性，分別從整體、子結構模型出發推導得到2種考慮周邊建筑影響的地鐵車站橫截面簡化抗震分析方法。新方法在臨近地面建筑地鐵車站的地震響應分析中，具有更高的計算精度、更安全的結構設計、更少的消耗時間、更快的分析過程等優勢。

（6）將橫截面擬靜力抗震分析方法推廣至三維，得到臨近地面建筑地鐵車站的“三維反應加速度法”和“二加二維等效分析方法”。2種臨近地面建筑地鐵車站的三維擬靜力抗震分析方法設計結果偏安全、計算精度較高，且可以大幅度降低三維抗震分析的難度。

（7）根據臨近地面建筑地鐵車站地震響應的三維空間特性提出一種基于截斷模型的局部分析方法。該方法能在保證計算精度的同時，極大地降低計算難度，提高三維抗震設計的效率。

（編輯：江"燾，舒忠磊）

收稿日期：2024-11-18

基金項目：國家自然科學基金項目（51678042，52078033）

作者簡介：邱滟佳，男，2022年4月畢業于北京交通大學，獲工學博士學位（指導教師：張鴻儒教授），研究方向為地下結構抗震。E-mail： 17115316@bjtu.edu.cn