软土中浅埋地铁车站结构的抗震性能分析

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　　【摘要】：地震荷载的破坏力很大，对工程结构进行抗震性能分析具有非常重要的意义，本文以下内容将对软土中浅埋地铁车站结构的抗震性能进行分析和探讨。
　　【关键词】：软土；浅埋；地铁车站；结构；抗震性能分析
　　中图分类号：TU471文献标识码： A 文章编号：
　　1、前言
　　改革开放以来，随着经济的发展，我国居民汽车的拥有量越来越多，这给城市交通带来了很大的压力，特别是随着城市化进程的加快，城市人口急剧膨胀，使得本来就拥挤的城市交通更加雪上加霜。而解决城市交通问题，地铁是一个有效的途径，所以现在很多城市均在着手地铁的规划及建设。地铁车站结构属于地下结构，一般认为其受到周围地层的约束，地震时与地层保持同步，振动幅度及其引起的惯性力与地上结构相比均较小，但是日本阪神地震中地铁车站的破坏，使得人们认识到，在地震荷载作用下，并不是所有的地下结构的破坏性都很小，这与土层的性质有很大的关系。比如，在软土中浅埋的地铁车站结构，由于混凝土和软土的材料性质差别非常大，在强震的作用下，地铁车站结构与软土接触面将发生滑移、开合等现象，同时，土体的非线性力学性能对结构响应也可能产生影响，这种复杂的作用致使在地震作用下，地铁车站结构发生破坏，带来损失，必须引起足够的重视。本文以下内容将对软土中浅埋地铁车站结构的抗震性能进行分析和探讨，仅供参考。
　　2、软土中浅埋地铁车站结构的地震反应规律
　　根据作者多年的实践经验，认为在软土中浅埋地铁车站结构的地震反应规律主要有如下几个方面：第一，侧向位移的反应规律。当车站结构顶部埋深为3~11m的范围内，随着软土层埋深的增加，车站结构右摆侧向相对水平位移反应幅值的绝对值不断增大，都比一般场地条件下车站结构的水平位移反应幅值要大，特别是在埋深为7m左右的情况下，左摆侧向相对水平位移反应幅值最大，从结构整体抗震角度来看，当软土层位于地铁车站结构侧向地基中的时候，车站结构动力侧向位移反应越强烈，更容易造成车站结构的震害。第二，应力反应规律。当软土层位于地铁车站底部的时候，由于其起到隔震减震的效果，因此，车站结构的应力反应较一般场地条件下的反映强度弱，尤其是对中柱的压应力反应削弱作用更加明显，而当软土层位于车站结构侧向地基中的时候，软土层埋深对地铁车站结构应力反应的规律有如下几点：①地铁车站结构中板和底板的应力反应明显比顶板的应力反应强烈，当软土层位于侧墙顶部的时候，车站水平向楼板的应力反应系数大约为1.0~1.3，主要对中板的应力反应放大作用强烈；当软土层位于侧墙中部的时候，车站水平向楼板的应力反应系数大约为1.0~2.0，且主要对中板应力反应的放大作用强烈；当软土层位于侧墙底部的时候，车站水平向楼板的应力反应系数大约为0.77~2.3，主要对地板的应力反应放大作用强烈。②在地铁车站结构侧墙部位，上侧墙顶部和下侧墙底部的应力反应明显大于侧墙其它部位的应力反应，下侧墙底部的应力反应有大于上侧墙顶部的应力反应。总的来说，除个别部位外，随车站结构侧向软土层埋深的变大，地铁车站结构侧墙的应力反应系数有变大的趋势且多数大于1。可以断定，当软土层位于车站结构侧墙中部和底部的时候，对其局部的应力反应发达作用非常明显。③上层中柱的压应力反应要小于下层中柱的压应力反应，而地铁车站结构侧向地基中软土层的位置对上层中柱的压应力反应影响明显大于对下层中柱的影响。可以初步断定，当软土层位于地铁车站结构侧向中间位置的时候，对上层中柱的压应力反应影响最大，而软土层位于侧墙底部位置的时候，对下层中柱的压应力反应影响最大。第三，加速度反应规律。①当地铁结构顶部埋深为25m以上的情况下，在软土中浅埋地铁车站结构的顶板、中板和底板处的峰值加速度均有减少，且底板处的减幅最大。②当地铁结构顶部埋深为11m左右的情况下，在软土中浅埋地铁车站结构的顶板和中板处的峰值加速度都有所减少，底板处的峰值加速度基本不变。③当地铁结构顶部埋深为7m左右的情况下，在软土中浅埋地铁车站结构的顶板处的峰值加速度减少，底板处的峰值加速度增大，而中板处的峰值加速度基本保持不变。④当地铁结构顶部埋深为2~3m左右的情况下，在软土中浅埋地铁车站结构的峰值加速度有所增大，且底板处峰值加速度增幅最大。由以上四种不同埋深的情况下，地震峰值加速度的变化可以知道，随着地铁结构顶部埋深的加大，车站结构各层楼板处的峰值加速度均有一定程度的减小。而与一般的场地条件下的计算相比，当车站结构楼板位置位于软土层上部的时候，峰值加速度都有所减少，当位于软土层下部的时候峰值加速度都有所增加，这主要是由于软土层发生动力非线性大变形时起到消能减振的效果造成的。
　　3、提高软土中浅埋地铁车站结构的抗震性能措施分析
　　根据作者多年的实践经验，认为要提高软土中浅埋地铁车站结构的抗震性能应从如下几个方面采取措施：第一，尽量布置对称的地铁车站结构，因为结构形式的对称有利于提高地铁车站结构的抗震性能。如果当结构截面不能保持对称的时候，可通过在截面形式突变的位置设置沉降缝，提高结构的抗震性能。第二，在车站和商业开发部位的连接处，应尽量减少侧墙的开孔尺寸，以提高车站的抗震性能。第三，应采取措施对地铁车站的中柱进行适当的加强。主要有如下几个方面的原因：①下层中柱的相对水平变形主要是由地震波水平向加速度引起的，而竖直向加速度对中柱的水平变形几乎无影响；②中柱柱底的水平向加速度反应大于柱顶，而中柱柱底和柱顶的竖直向加速度反应是一致的，结构的竖直向加速度反应放大系数远大于水平向加速度反应放大系数，同时中柱的竖直向加速度相应远远大于水平向加速度相应；③在强地震动作用下，地铁车站下层中柱柱底受到轴力、剪力和弯矩的共同作用，主要变现为压剪破坏；④中柱是地下地铁车站地震反应最薄弱的部位，且对于两层双柱三跨地铁车站的典型结构，下层中柱最为突出。第四，当条件满足的时候，应尽量将地铁车站深埋。另外，需要注意的是，地铁车站结构抗震设计是一个相对复杂的问题，不能一味的靠增加结构刚度来提高抗震性能，而应综合考虑场地、结构-地基接触条件、地震动特性的影响，进行合理的设计。第五，采用合理的构造措施，比如侧墙深入土层、增强结构与土的整体性，可以提高地铁车站结构的抗震性能。
　　4、结尾
　　总之，根据对提高软土中浅埋地铁车站结构的抗震性能进行了研究和探讨，要做好软土中浅埋地铁车站结构的抗震设计，必须对地铁车站周边的地质情况有一个详细的了解，并根据地铁车站的机构类型，选择合理的结构模型，进行综合的分析和研究，只有这样才能从整体上提高浅埋地铁车站结构的抗震性能。
　　【参考文献】
　　[1]《地铁设计实践与探索》刘志义等；中国铁道出版社
　　[2]《防震减灾工程理论与实践新进展》房贞政等；中国建筑工业出版社
　　[3]《结构抗震设计》苏原等；北京大学出版社

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