广州天河公园站主体结构抗震性能分析★

张 涛 曹振刚 吴 坤 宁子健 王 雁 卢晓明 岳焱超

(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司城建院，陕西 西安 710043； 2．西安交通大学人居学院，陕西 西安 710049)

广州天河公园站主体结构抗震性能分析★

张 涛1曹振刚1*吴 坤1宁子健1王 雁2卢晓明2岳焱超2

(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司城建院，陕西 西安 710043； 2．西安交通大学人居学院，陕西 西安 710049)

采用MIDAS/Gens2014有限元软件建立了广州天河公园地铁站主体结构的有限元模型，进行了抗震性能的计算分析，给出了主体结构的内力计算过程和结果，结果表明各项指标满足规范。

地铁车站，主体结构，抗震性能分析

0 引言

近年来，地面交通压力的增大，地铁发展呈明显增长。由于地下结构大规模兴建不足百年，地震灾害记录较少，所以地下结构的抗震常常被忽视。1995年日本阪神大地震中地下结构破坏严重，暴露了地下结构的抗震弱点，引起了工程界的重视[1]。

本文主要结合广州天河公园地铁站实际地铁工程，对车站主体结构进行抗震性能分析。

1 工程概况

天河公园站位于黄埔大道与天府路交汇处东北象限天河公园地块内,为21号线西端起点站，与11号线形成同台换乘，配线型式为双岛四线，11号线在外侧，21号线在内侧并设置站后折返。

天河公园站为21号线、11号线、13号线的三线换乘车站，采用明挖顺做法，21号线、11号线沿天府路南北向布置，车站有效站台中心里程为YDK0+346.000，车站设计起点里程为YDK0+169.000，车站设计终点里程为YDK0+584.000,为地下2层18 m双岛式站台车站，车站全长415.00 m，标准段宽为53.1 m,基坑深度17.5 m～18.7 m。13号线与21号线,11号线斜交，有效站台中心里程为AK29+067.000。为一岛两侧地下3层车站，全长253.153 m，宽34 m，基坑深度约30 m。

与21号线车站起点相接区间采用暗挖法施工，与车站终点相接区间采用明挖法施工；与11号线车站起点相接区间采用盾构法施工，与右线车站终点相接区间采用明挖法施工，左线车站终点相接区间采用盾构法施工；与13号线车站起点相接区间采用盾构法施工。

2 计算模型

2.1模型建立

本文采用MIDAS/Gens2014有限元软件建立了主体结构的有限元模型，如图1所示。结构周边设置与土体等刚度的弹性边界元(俗称土弹簧)模拟土体，与结构共同作用，进行地下结构的时程分析。在该计算模型中，地连墙、叠合墙、承台、楼板均采用板单元，桩、梁、柱等均采用梁单元。各单元的物理特性及截面属性均按实际结构取值。

2.2三维地基土弹簧刚度的计算

根据王璐等人的研究[1]，三维地基弹簧系数与地下结构的纵向长度有关，地基弹簧系数随结构纵向长度的增大而逐渐减小，但并非简单线性变化，且变化范围较大。三维地下结构的法向地基弹簧系数、三维切向弹簧系数详见参考文献[1]。根据参考文献[1]研究表明，长宽比较大的结构，三维地基弹簧系数接近平面弹簧系数。本工程长宽比较大，故简化使用平面弹簧系数。地基土弹簧刚度计算方法参考文献[2]，如式(1)：

(1)

其中，ks为土弹簧的刚度;xz为结构在z处的位移;Ps为土的横向压力;σzx为土体对结构的横向抗力;a为土层的厚度;bp为桩柱的宽度;z为土层深度;m为地基土比例系数。本工程a为单元长度，m=15 MN/m4，bp=1 m。

2.3地震波的选取

对于地铁车站，破坏的主要原因是水平地震，故只考虑地震水平加速度的影响[3]。广州地区没有较大的地震记录，故在分析中参考别的地区的地震资料[4]。本文使用了地震分析中常用的两种典型波形，El-Centro波，T2波[3],见图2，图3。

3 时程分析计算结果

3.1车站位移结果

车站主体结构位移图如图4，图5所示。

El波时程分析的结果，x方向最大位移分量为0.035 3 m，y方向最大位移分量为0.027 7 m，z方向最大位移分量为0.013 7 m；T2波时程分析的结果，x方向最大位移分量为0.092 7 m，y方向最大位移分量为0.067 3 m，z方向最大位移分量为0.036 0 m。

3.2车站主体结构板的计算

顶板弯矩分布较为均匀，大部分板弯矩为200 kN·m左右，El波作用下最大弯矩位于轴①～轴附近楼板开洞处，为2 410.2 kN·m，T2波作用下最大弯矩位于轴①～轴附近楼板开洞处，为20 091.2 kN·m。

3.3车站主体结构梁的计算

由分析可知，顶板梁的弯矩分布较为均匀，最大弯矩位于轴①～轴附近，El波作用下最大弯矩为10 395.0 kN·m，T2波作用下最大弯矩为26 122.2 kN·m。三层梁的最大弯矩位于轴①～轴附近，El波作用下最大弯矩为9 126.6 kN·m，T2波作用下最大弯矩为22 530.5 kN·m。三层梁的最大弯矩位于轴①～轴附近，El波作用下最大弯矩为8 909.9 kN·m，T2波作用下最大弯矩为22 737.0 kN·m。

3.4车站主体结构柱的计算

由分析可知，一层柱，轴①～轴⑨和轴①～轴⑩处的柱轴力较大，最大轴力位于轴①～轴⑩与轴①～轴交界处，El波作用下最大轴力为1 968.2 kN，T2波作用下最大轴力为4 968.8 kN。中间层柱，两条线交界处(轴①～轴⑨至轴①～轴)轴力较大，结构两端轴力较大，最大轴力位于轴②～轴⑨与轴②～轴的交界处，此处较为危险设计时应注意，El波作用下最大轴力为581.2 kN，T2波作用下最大轴力为1 363.1 kN。底层柱的最大轴力位于两条线交界处，El波作用下最大轴力为247.0 kN，T2波作用下最大轴力为619.8 kN,见表1。

表1 时程分析结果最大值

4 结语

本文主要对天河公园站主体结构进行抗震性能的时程分析。根据上述分析得出以下结论：

1)抗震分析的内力计算结果，梁、柱、墙、板的实际配筋均满足规范要求。

2)由图4，图5分析可得，车站结构的位移在两种波的作用下均满足规范要求[6]。

3)板的弯矩分布较为均匀，在开洞处弯矩较大。梁的弯矩在结构端部较大。

4)车站结构的各层柱的最大轴力都发生在21号线，11号线与13号线交叉处，此处是薄弱区，设计时需要注意。

5)由表1可以看出，不同地震波对内力影响很大。例如，在El-Centro波作用下，结构梁的最大弯矩为10 395.0 kN·m，而在T2波的作用下，相同位置处的结构的最大弯矩为26 645.9 kN·m。因此，在做时程分析时，地震波的选择很重要[4]。但是，不同波作用下的分析结果，位移或内力的分布规律一致，位移或内力的最大值位置基本一致，结构的危险点一致。

[1] 王 璐.地下建筑结构实用抗震分析方法研究[D].重庆:重庆大学,2011.

[2] 丁晓敏,张季超,朱 超,等.基于MIDAS/Gen的地下结构抗震设计分析[J].建筑结构，2010(S2):21-24.

[3] 田雪娟.地铁车站抗震分析[J].铁道建筑技术,2012(6):67-73.

[4] 曹 资,薛素铎,王雪生,等.空间结构抗震分析中的地震波选取与阻尼比取值[J].空间结构,2008,14(3):6-11.

[5] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S]．

SeismicanalysisofsubwaystationofTianheparkstation★

ZhangTao1CaoZhengang1*WuKun1NingZijian1WangYan2LuXiaoming2YueYanchao2

(1.ChinaRailwayFirstSurveyandDesignInstituteGroup,UrbanConstructionInstitute,Xi’an710043,China； 2.Xi’anJiaotongUniversity,SchoolofHumanSettlementsandCivilEngineering,Xi’an710049,China)

This essay mainly states the calculation and analysis of the internal force of the main structure of Guangzhou Tianhe park subway station, using MIDAS/Gens2014 to establish the finite element model of the main structure, and it provides infomation on internal force calculative process and result of the main structure. The results show that the indicators meet the specifications.

subway station, main structure, seismic performance analysis

1009-6825(2017)28-0043-03

2017-07-23★:国家自然科学基金项目(51408481);铁道第一勘察设计院集团有限公司科研项目资助

张 涛(1972- )，男，高级工程师

曹振刚(1974- )，男，高级工程师

TU311.3

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