单柱车站公共区抗震设计分析.pdf
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1、第4 1卷第9 期2023年9 月文章编号:10 0 9-7 7 6 7(2 0 2 3)0 9-0 13 0-0 8Vol.41,No.9Journal of Municipal TechnologySep.2023D0I:10.19922/j.1009-7767.2023.09.130单柱车站公共区抗震设计分析李汇敏(中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院,山西太原0 3 0 0 13)摘要:为了研究单柱车站公共区中板大面积开孔后的抗震性能,选取8 度区典型的单柱车站,在静力工况计算分析的基础之上,运用反应位移法和时程分析法对车站进行抗震工况计算分析。分析结果表明:静力工况下的中板纵梁未断
2、开处剖面弯矩计算结果与垂直电梯-楼梯开孔处部面相比差别不大,仅在中板开孔处有所区别,反应位移法的计算结果与之类似;不论横向地震的作用方向是向左还是向右,顶板边支座最大弯矩均位于跨度较大的边支座处;相较于未开孔处,开孔后负一层和负二层的层间位移角增大;车站结构大部分区域配筋受正常使用极限状态控制,小部分区域受抗震工况控制;在中板开孔以及中板纵梁断开处,增大横梁刚度可减小层间位移角,增加结构的安全储备。关键词:单柱车站;抗震分析;车站公共区;大面积开孔;层间位移角LiHuimin中图分类号:U231.4Analysis of Seismic Design of Public Area in Sin
3、gle-column Station(Taiyuan Design Institute of China Railway Engineering Design Consulting Group Co.,Ltd.,Taiyuan 030013,China)Abstract:In order to study the seismic performance of the large-area perforated medium plate in public area of single-column stations,a typical single-column station in the
4、8 degree seismic fortication intensity region is taken as an ex-ample in this paper.Based on the calculation and analysis of static working conditions,the seismic calculation andanalysis of the station are carried out by the seismic displacement method and time history analysis method.The analysissh
5、ow that the bending moment calculation results of the section at the unbroken section of the longitudinal beam inmedium plate is not much different from that at the opening of the vertical lift-stair under static conditions.The differ-ence is only found at the opening of the medium plate.The calcula
6、tion result by the reaction displacement method isthe similar;No matter the direction of lateral seismic action is left or right in a single-column station,the maximumbending moment of the side-bearings at the top plate is located in side-bearings of the longer span;Compared with theunopened area,th
7、e interlayer displacement angle increases in underground 1st and 2nd floor;The reinforcement of mostparts of the station structure are controlled by the normal service limit state and some areas are controlled by the seismiccondition;At the opening of the middle plate and the opening of the longitud
8、inal beam,that increasing the stiffness ofthe transverse beam can reduce the interlayer displacement angle and increase the safety reserve of the structure.Key words:single-column station;seismic analysis;public area of station;large area openings;interlayer dis-placement angle文献标志码:A近年来,我国城市轨道交通工程建
9、设规模不断扩大,地下车站的抗震分析一直是该领域研究的重点。目前,地铁车站的结构形式有单柱双跨、双柱三跨和多柱多跨等多种形式。国内许多学者通过多种研收稿日期:2 0 2 3-0 5-15作者简介:李汇敏,男,工程师,硕士,主要从事隧道与地下工程的设计与研究工作。引文格式:李汇敏.单柱车站公共区抗震设计分析 .市政技术,2 0 2 3,4 1(9):13 0-13 6,14 4.(LIHM.Analysisofseismicdesignofpublicarea insingle-column station.Journal of municipal technology,2023,41(9):13
10、0-136,144.)第9 期究方法对不同地区的不同类型地铁车站进行了抗震分析研究 1-7 ,在地下车站的地震响应方面总结出了一定的经验。对于单柱车站来说,由于垂直电梯、楼梯的布置和中板纵梁断开的原因,削弱了结构整体抗震性能,地震作用会对结构产生不利影响,因此有必要对单柱车站的地震响应进行分析研究。李长安 8 以北京轨道交通新机场线单柱车站磁各庄站为例,在计算出E2地震作用下不同工况的结构变形后,对变形最大控制点做补强处理,从而约束结构变形在允许范围之内;郭朝 9 以某地下双层单柱车站为例,建立了非连续纵向结构体系的有限元三维计算模型,分别就E2和E3地震作用下结构体系的地震响应进行了分析,研
11、究了薄弱部位的受力特性;孟益平等 10 通过有限元计算软件ANSYS,选取不同的地震波对浅埋暗挖段的两层双跨单柱车站进行了时程分析,得出了侧墙和底板在不同的地震波作用下所造成的影响特征,侧墙的位移随其高度的增加而增大,底板与侧墙的交界处为结构的薄弱节点。目前针对单柱车站公共区中板大面积开孔的抗震研究较少,因此笔者依托太原市轨道交通1号线一期工程建设北路南站,对单柱偏跨车站公共区采用反应位移法和时程分析法进行计算,分析中板大面积开孔及其纵梁断开后结构体系的抗震性能。1工程概况建设北路南站是太原市轨道交通1号线一期工程的车站,其结构形式为两层单柱双跨岛式车站,采用明挖法施工。车站中心里程处顶板覆土
12、厚度约3.2m,标准段结构总高15.5 9 m,结构底板埋深约18.79m。车站场地位属东山山前倾斜波状洪积平原区,车站深度范围内土层主要有杂填土、黄土状粉土、黏质粉土、粉质黏土、砾砂等。车站横剖面如图1所示。车站中板公共区中部设置垂直电梯和T形楼梯,中板纵梁在该跨断开,如图2 所示。根据CB50011一2 0 10 建筑抗震设计规范(2016年版),车站所处场地设计地震分组属第二组,抗震设防烈度为8 度,设计基本地震动峰值加速度为0.20g,设计特征周期为0.5 5 s。根据GB509092014城市轨道交通结构抗震设计规范,该车站抗震设防类别为重点设防类,在E2地震作用下,车站抗震性能要求
13、为I,应对车站结构进行内力分析,弹性层间位移角应小于1/5 5 0;在E3地震作用下,车站抗李汇敏:单柱车站公共区抗震设计分析10450图1单柱车站横剖面图Fig.1 Cross section of single-column station中柱楼梯孔横梁横梁横梁垂直电梯和楼梯孔横梁90009000图2 单柱车站中板公共区开孔图Fig.2 Schematic diagram of holes in public zone of medium platein single-column station震性能要求为,弹塑性层间位移角应小于1/2 5 0。根据太原市轨道交通1号线一期工程场地地震安
14、全性评价报告内容和相关规范规定,选取5 0 年超越概率为10%(E2地震作用)的水平向地震加速度的时程荷载曲线,如图3 所示;以及10 年超越概率为2%(E3地震作用)的水平向地震加速度的时程荷载曲线,如图4 所示。0.2g0.1g0.0g-0.1g-0.2g0图3 E2地震作用地震波时程曲线Fig.3 Time history curve of seismic wave under E2 earthquake action131TZL213002.200KZ11200900ZZL2X10001000轨面800500L06SSI0619轨面DZL413002.400925021300中板纵梁中
15、板纵梁断开处横梁1020090001015800楼梯刊横梁900020225时间/s303540451320.5g0.4g0.380.2g0.1g0.0g-0.1g-0.2g-0.3g-0.4g-0.5g0Fig.4 Time history curve of seismic wave under E3 earthquake action2车车站静力计算与抗震响应分析2.1车车站静力计算结果笔者采用MIDASGen建立车站公共区三维有限元计算模型,其中顶板、中板、底板和侧墙采用板(壳)单元模拟,各层板纵梁、中板次梁以及柱采用梁单元模拟,模型外侧采用地基面弹簧模拟结构与周边土体的相互作用,建立的
16、模型如图5 所示。进行荷载计算时,地下水位按抗浮设计水位考虑。Journal of Municipal Technology510图4 E3地震作用地震波时程曲线第4 1卷车站结构构件应能满足承载力极限状态和正常使用极限状态的要求,计算其在基本组合和准永久组合作用下的内力,取中板纵梁未断开和断开处部面的计算结果,如图6 所示。计算结果显示,标准横断面弯15202530时间/354045矩计算结果与垂直电梯-楼梯开孔处相比差别不大。2.2车站反应位移法计算结果反应位移法是在荷载-结构模型的基础上,输人结构外剪切力、地层相对位移和结构惯性力等地震荷载进行地震分析计算的方法。当结构断面形状简单、处于
17、非均匀地层,且所处场地具有地震动时程时,地下结构所在位置的相对位移、剪切力和惯性力可由一维自由场地地震时程分析确定。在车站上分别施加向左和向右的横向地震作用计算出的内力结果是不同的,取中板纵梁未断开和断开处剖面的计算结果,如图7、8 所示。1)从结构整体来看,标准横断面内力计算结果与垂直电梯-楼梯开孔处相比差别不大;由于中板开a)公共区结构Fig.5 3D finite element calculation model of public area in single-column station-1587-1088-7731087-405646723290-225413/-22364468
18、26691064/-6201169-755 2285V1007V2286b)公共区中板图5 单柱车站公共区三维有限元计算模型-1246-744-434/-1246-786905113399416412896-192-225-9056656461659-1591-1120-4271121668-406302-233130-270人-4 2 7703586564-1535-305-807-1200-243910202.44Na)基本组合弯矩图(kNm)-1.276-773-7266787226089091132988172598351-240429028-687-6701811075/2312K0
19、24V2.312-456-1,277-805-41542.91-276-3627-647589564-1531.1278-315-6127/160-753-9186085871660-1219-2.46810392.468V第9 期-713713P264424317474201192-139302-134440-480-284708-3921546694V1546-1238-6091234385-684-672428-34463-804-7293621428-352-621-43829471745/2.947-1.2651265-625926639626292913-3781304246135
20、84359孔、中板纵梁断开和孔边梁设置的原因,开孔处中板跨中弯矩较未开孔处大幅减小。对比左向和右向李汇敏:单柱车站公共区抗震设计分析-1046-818-522-50259674755-113-132-7594914171054-825-310-18442349860688-222-870-2793-16395-1032-1089-891526-605-420133-1050-735-284-818453-517-2709976-83-3127-478419404-1.003-611404Fig.6 Internal force calculation results of static wor
21、king conditions-299-690-1431-1068680976719-388-883-148-107100-581.-85412588691577935103-827-912-83690412931563Fig.7 Internal force calculation results by displacement response method-838-511-278735439-146260-145409-483-474-513-796-16467031647b)准永久组合弯矩图(kNm)图6 静力工况内力计算结果-1266-1.432-6271267404-767-686
22、-391-674-322351-51402-12804639761012657498a)右向地震作用弯矩图(kNm)-1.407-1294-676-1.4067+522648652-77-412-49215777468617843065b)左向地震作用弯矩图(kNm)图7 反应位移法内力计算结果地震作用下的计算结果可以看出,受单柱车站左、右两跨跨度不同的影响,顶板边支座最大弯矩始终出49347652716-658762503156440870656487804-7273401436-4952.9701295-644945639488277854-256-841244443-3.06438938
23、8-839-530746-275105-90-2682553439423407-1006-6133941083-8286084356889787141722-344-619-446-583-85065081351817601556V2.969-758-87727-1 032-1083598-5638327161665V-1461-710-14627-1087-777-315817-101-380-1210-4259761009-5295284835-1434-1435-53793788565933-88-32888-418772688-829 90782113121545-810-166630
24、8817993087市放技术134Journal of Municipal Technology7.117.06 7.01 6.976.936.896.856.806.766.746.726.727.117.447.217.567.857.725.50.134.924.704.454.213.993.803.613.2835.504.884.203.241.9170.25-1.62/-3.36-4.44-4.44-4.554.664.75-4.874.934.995.045.086.936.956.98-7.00-7.037.067.10-7.14-7.18-7.23-7.30-6.93-7.
25、43-7.44-7.12-6.59-5.93-5.14-4.24-3.04-1.354.85 4.81 4.76 4.71 4.66 4.60 4.54 4.484.41 4.34 4.27 4.23现在跨度较大的边支座处。2)位移计算结果显示,各层板的位移呈线性变化,峰值出现在板与侧墙交接处,侧墙位移绝对值最大值位于负一层上部,位移零点出现在负二层。中板开孔对顶板、底板和侧墙位移影响不大,对中板位移影响较大。计算左、右两向地震作用下的层间位移角,结果见表1。表1左、右两向地震作用下的层间位移角Tab.1 The interlayer displacement angles under sei
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