大跨度浅埋Y形柱地铁车站地震响应机理研究

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随着城市轨道交通的发展和地铁施工技术的日渐成熟,对地铁车站结构形式提出了更多的要求,各具特色的断面结构形式不仅能符合结构实用性的要求,也达到了形式美观、新颖等多方位的目的。阪神地震之后,许多专家对典型地铁车站地震响应规律进行了大量的研究,认为车站周围土体在强震作用下发生的巨大的变形,容易导致结构薄弱部位产生严重损伤,引起车站破坏,然而针对高断面、异形柱等新型的地下结构在地震作用下的响应规律仍研究很少。因此针对新型结构形式地铁车站开展振动台试验和数值模拟计算,揭示其地震响应规律,为新型结构形式的车站施工设计提供抗震方面的参照显得更加迫切。  文章以北京市地铁6号线二期新华大街站为工程背景,通过振动台试验和数值模拟计算,得出大跨度浅埋Y形柱地铁车站的地震响应基本规律,为实际工程施工设计提供参考,也为以后类似工程的抗震问题提供一定借鉴作用。主要研究内容及成果如下:  设计并开展了大跨度浅埋Y形柱地铁车站振动台试验。通过自由场试验,研究了模型土体的动力特性,并分析了模型箱的边界效应。通过单层车站的振动台试验,研究了单层Y形柱地铁车站地震响应规律,研究表明,Y形柱和边墙顶部的峰值加速度大于底部,且随着地震动强度的增加,两者的差值变大;Y柱应变最值出现在下柱中间部位,柱分叉点处的应变值也偏大,边墙应变最值出现在顶部,最小应变在中部。通过双层车站的振动台试验,得出双层车站的地震响应规律,研究表明,随着埋深的增加,相同地震作用下Y形柱和边墙的加速度反应减弱;同一地震波下,边墙应变反应最值出现在底部,顶部次之,中部应变幅值最小;相同地震波下,Y柱底部应变幅值最大,中部次之,顶部应变幅值最小。  对Y形柱地铁车站进行数值模拟计算,重点分析Y柱相对位移,通过多种工况计算并与振动台试验结论对比分析,研究表明,振动台试验和数值计算得出的地铁车站地震响应规律基本吻合;地震作用下,单层车站Y形柱相对位移最值出现在Y柱分叉点位置,而双层车站的Y柱顶部的相对位移幅值最大;地震作用下,Y柱的水平应力值普遍大于边墙的应力值。
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