黄土场地条件下设诱导缝地铁车站抗震性能评估

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我国拥有世界上分布面积最广、层厚最大和成因类型最复杂的黄土场地,由于黄土场地具有特殊的结构性与水敏感性,致使黄土场地受中强震作用时可能会加重或放大工程结构的损坏程度。地铁是现今城市公共交通的重要组成部分,地铁线路中相当大的一部分结构埋于城市地下,地铁地下结构在地震作用下可能会出现巨大的安全隐患。目前我国修建的地铁车站纵向长度较大(通常为120~300m),为避免由于温度应力、混凝土收缩及不均匀沉降等引起地铁车站结构无序开裂,通常沿地铁车站结构纵向设置诱导缝,截断部分纵向钢筋降低截面刚度,使横向裂缝集中出现在该处以释放结构纵向内力。虽然我国已建和在建地铁地下结构中广泛使用诱导缝,但现行规范仍未给出地铁车站结构诱导缝的抗震设计方法,且地铁车站结构诱导缝的抗震性能研究相关研究较少。因此,本文依托陕西省自然科学基础研究计划:黄土场地条件下地铁车站结构诱导缝地震破坏机理与抗震性能评估(2020JM-234),以西安地铁四号线飞天路车站为原型,基于ABAQUS有限元分析平台开展黄土场地条件下设诱导缝地铁车站的地震反应分析,并对其抗震性能进行评估。论文主要工作及成果如下:(1)采用ABAQUS有限元平台,考虑材料动力特性、黄土-地铁车站动力相互作用、模型尺寸、人工边界等因素,建立黄土场地条件下地铁车站结构三维数值模型。通过有限元分析结果与课题组已开展振动台试验结果对比,验证黄土场地条件下地铁车站结构数值模型的有效性,通过对黄土场地条件下地铁车站数值模型中增设诱导缝结构,建立本文研究数值模型。(2)选取12条符合目标反应谱的真实地震动,对其地震动峰值加速度调幅后,输入黄土场地条件下设诱导缝地铁车站数值模型中进行动力时程分析。根据动力时程分析结果,对地震动强度因子(IM)进行适用性分析,得到适用于本文研究的地震动强度因子;取有代表性的地震动工况,开展地铁车站结构变形与应力分析,得到在地震动作用下的地铁车站结构变形与应力响应特征。(3)基于黄土场地条件下设诱导缝地铁车站数值模型进行IDA分析,绘制以最大层间位移角为结构损伤性能参数、峰值加速度为地震动强度因子的IDA曲线。基于IDA分析结果,借助分位分析对地铁车站结构开展抗震性能定性评估;借助结构地震易损性分析对地铁车站结构开展抗震性能定量评估。结果表明,黄土场地条件下设诱导缝地铁车站结构在E2地震作用下满足性能要求Ⅰ的安全储备不足,地铁车站结构在E3地震作用下满足性能要求Ⅱ有一定安全储备;地铁车站结构底层诱导缝处可能最先破坏或破坏程度最大,应考虑提升地铁车站结构底层诱导缝处的抗震措施。
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