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[摘 要]本文对阪神地震中某地铁车站震害进行了概括的阐述，利用时程分析的方法对该地铁车站典型震害断面1-1截面进行计算，以地震荷载叠加实际静力荷载时的计算配筋与初始配筋相对比，重点针对其结构转角处钢筋的力学变化进行研究，分析并解释结构的破坏机理。希望通过对该地铁车站震害的模拟分析来得到一些地下结构地震破坏的一般性规律，为地下结构设计提供一定的参考。
[关键词]地铁车站 地震反应 ANSYS 震害分析
中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）22-0301-01
一、引言
本文重点针对其结构转角处钢筋的力学变化进行研究，具体方法则是以地震荷载叠加实际静力荷载时的计算配筋与初始配筋相对比，从配筋量的对比情况来分析该处的破坏情况，从而解释结构的破坏机理[1-2]。另外再用同样的方法对损害相对较轻的典型断面2-2截面进行分析验算，以验证计算的合理性。计算结果表明，本文的计算方法本文的计算方法能合理的介绍某地铁车站的破坏机理；结构转角处塑性铰的产生是导致某车站破坏的重要原因。
二、阪神某地铁车站震害概况
地铁车站为长120m的侧式站台，主体结构主要有两种断面类型，破坏最为严重为1-1截面，该断面车站结构的埋深为4.8米；但结构的另外一个断面2-2破坏则相对轻得多，该断面埋深约为2米。车站原设计中没有考虑地震的因素，整体结构的安全系数较高，尤其是中柱采用直径32mm的钢筋，其安全系数达到3。
在阪神地震中，车站破坏最为严重的部位为中柱，大部分中柱几乎完全坍塌。由于中柱的倒塌，顶板两端采用刚性结点，侧壁上部起拱部位附近的外侧受弯发生张拉破坏，使顶板在中柱左右两侧的位置发生折弯，在顶板中央稍微偏西的位置坍塌量最大，顶板中线两侧2m内的纵向裂缝宽达150至250mm。侧壁上部的加掖混凝土部分剥落，侧壁顶部和底部出现很宽的裂缝，在一些部位侧壁内侧主钢筋出现弯曲，从而侧壁稍稍向内鼓出，可以见到明显的漏水现象。底板和侧壁及中柱的连接部位附近也出现明显的纵向裂缝。
三、时程模拟分析
3.1 人工边界
Deeks采用与粘性边界推导过程相类似的方法，在假定二维散射波为柱面波的形式上推导出了粘—弹性人工边界条件。本文在计算分析中采用了这种粘-弹性人工边界，并在ANSYS程序中予以实现。每个元件的阻尼系数和刚度系数要乘以该元件所在节点的支配面积。
3.2 地震波输入
地震时，体波（包括剪切波和压缩波）在基准面首先产生运动加速度，然后以地震波的形式向上传递至地表。有学者[3-5]给出了一种结构-地基动力相互作用中地震波动输入方法，可以准确模拟任意角度人射的地震行波的输入。本文采用该方法进行地震波输入。
3.3 模型建立
本文计算模型采用大型通用有限元计算软件ANSYS进行模拟计算，为简化模型，将实际的三维问题简化为二维平面应变问题来计算。
车站结构混凝土为C30，主筋为Ⅱ级钢筋，箍筋为Ⅰ级钢筋。在ANSYS中采用Plane42单元模拟土体，采用Beam3单元模拟主体结构，中柱采用抗弯刚度等效原则沿纵向连续布置。模型宽度取6倍结构宽度，边界条件选用粘弹性边界。有限元网格划分根据土体分层计算精度需要进行划分。
3.4 地震反应时程分析
将阪神地震波南北向分量调幅至0.35g并截选其具有代表性的423秒波段进行加载，根据弯矩达到峰值时的计算结果叠加结构静力再对某地铁车站结构转角处进行配筋，配筋结果见（表1）。
对于车站1-1截面，由地震荷载最大值叠加静力荷载的配筋表与设计配筋表相对比（具体见表1），可以看出B、F、D、H处配筋超出的程度得比A、E、C、G处大得多，所以有理由认为B、H和F、D相比A、E和C、G將先发生一定程度的大偏心受压破坏（即外侧受拉钢筋首先达到屈服强度，从而导致内侧混凝土压碎）使得该处形成塑性铰，结构应力发生重分布。侧壁上部的加掖混凝土部分剥落便能很好的证明这点。将塑性铰位置采用铰接连接重新计算模型。表2为1-1截面在塑性铰形成前后中柱内力最大值的对比表。
从表中可以看出，对于1-1截面，当结构出现塑性铰相比不出现塑性铰时，其内力最大值均有不同程度的显著增加，说明塑性铰的形成将加剧中柱的破坏。
四、结论
1、车站1-1截面在水平方向地震波的作用下，其上下角与结构的连接处地震荷载叠加静力荷载的配筋量超过原始配筋量，而上角与侧墙的连接处、下角与底板的连接处相比其他各处超出的更为厉害，表明该处结构抗震薄弱部位，将先与其他处发生破坏，形成塑性铰。
2、塑性铰的产生一方面使结构整体刚性变小，抗震性能减弱；另一方面导致上覆土压力更多由中柱承载，使得中柱受力更为不利，从而导致了中柱的破坏，结构整体失稳。所以，塑性铰的产生是导致该车站破坏的重要原因。
参考文献
[1] 王瑞民，罗奇峰.阪神地震中地下结构和隧道的破坏现象浅析[J].灾害学，1998，13（2）：63～66.
[2] 林皋，梁青槐.地下结构的抗震设计[J].土木工程学报，1996（1）：15～24.
[3] 刘晶波，李彬.地铁地下结构抗震分析及设计中的几个关键问题[J].土木工程学报，2006，39（6）：106～110.
[4] 庄海洋，陈国兴，张菁莉.基于子结构法的地铁车站地震反应分析[J].岩土力学，2005，（增1）：227～231.
[5] 曹炳政，罗奇峰，马硕等.神户某地铁车站的地震反应分析[J].地震工程与工程振动，2002，22（4）：102～107.
[关键词]地铁车站 地震反应 ANSYS 震害分析
中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）22-0301-01
一、引言
本文重点针对其结构转角处钢筋的力学变化进行研究，具体方法则是以地震荷载叠加实际静力荷载时的计算配筋与初始配筋相对比，从配筋量的对比情况来分析该处的破坏情况，从而解释结构的破坏机理[1-2]。另外再用同样的方法对损害相对较轻的典型断面2-2截面进行分析验算，以验证计算的合理性。计算结果表明，本文的计算方法本文的计算方法能合理的介绍某地铁车站的破坏机理；结构转角处塑性铰的产生是导致某车站破坏的重要原因。
二、阪神某地铁车站震害概况
地铁车站为长120m的侧式站台，主体结构主要有两种断面类型，破坏最为严重为1-1截面，该断面车站结构的埋深为4.8米；但结构的另外一个断面2-2破坏则相对轻得多，该断面埋深约为2米。车站原设计中没有考虑地震的因素，整体结构的安全系数较高，尤其是中柱采用直径32mm的钢筋，其安全系数达到3。
在阪神地震中，车站破坏最为严重的部位为中柱，大部分中柱几乎完全坍塌。由于中柱的倒塌，顶板两端采用刚性结点，侧壁上部起拱部位附近的外侧受弯发生张拉破坏，使顶板在中柱左右两侧的位置发生折弯，在顶板中央稍微偏西的位置坍塌量最大，顶板中线两侧2m内的纵向裂缝宽达150至250mm。侧壁上部的加掖混凝土部分剥落，侧壁顶部和底部出现很宽的裂缝，在一些部位侧壁内侧主钢筋出现弯曲，从而侧壁稍稍向内鼓出，可以见到明显的漏水现象。底板和侧壁及中柱的连接部位附近也出现明显的纵向裂缝。
三、时程模拟分析
3.1 人工边界
Deeks采用与粘性边界推导过程相类似的方法，在假定二维散射波为柱面波的形式上推导出了粘—弹性人工边界条件。本文在计算分析中采用了这种粘-弹性人工边界，并在ANSYS程序中予以实现。每个元件的阻尼系数和刚度系数要乘以该元件所在节点的支配面积。
3.2 地震波输入
地震时，体波（包括剪切波和压缩波）在基准面首先产生运动加速度，然后以地震波的形式向上传递至地表。有学者[3-5]给出了一种结构-地基动力相互作用中地震波动输入方法，可以准确模拟任意角度人射的地震行波的输入。本文采用该方法进行地震波输入。
3.3 模型建立
本文计算模型采用大型通用有限元计算软件ANSYS进行模拟计算，为简化模型，将实际的三维问题简化为二维平面应变问题来计算。
车站结构混凝土为C30，主筋为Ⅱ级钢筋，箍筋为Ⅰ级钢筋。在ANSYS中采用Plane42单元模拟土体，采用Beam3单元模拟主体结构，中柱采用抗弯刚度等效原则沿纵向连续布置。模型宽度取6倍结构宽度，边界条件选用粘弹性边界。有限元网格划分根据土体分层计算精度需要进行划分。
3.4 地震反应时程分析
将阪神地震波南北向分量调幅至0.35g并截选其具有代表性的423秒波段进行加载，根据弯矩达到峰值时的计算结果叠加结构静力再对某地铁车站结构转角处进行配筋，配筋结果见（表1）。
对于车站1-1截面，由地震荷载最大值叠加静力荷载的配筋表与设计配筋表相对比（具体见表1），可以看出B、F、D、H处配筋超出的程度得比A、E、C、G处大得多，所以有理由认为B、H和F、D相比A、E和C、G將先发生一定程度的大偏心受压破坏（即外侧受拉钢筋首先达到屈服强度，从而导致内侧混凝土压碎）使得该处形成塑性铰，结构应力发生重分布。侧壁上部的加掖混凝土部分剥落便能很好的证明这点。将塑性铰位置采用铰接连接重新计算模型。表2为1-1截面在塑性铰形成前后中柱内力最大值的对比表。
从表中可以看出，对于1-1截面，当结构出现塑性铰相比不出现塑性铰时，其内力最大值均有不同程度的显著增加，说明塑性铰的形成将加剧中柱的破坏。
四、结论
1、车站1-1截面在水平方向地震波的作用下，其上下角与结构的连接处地震荷载叠加静力荷载的配筋量超过原始配筋量，而上角与侧墙的连接处、下角与底板的连接处相比其他各处超出的更为厉害，表明该处结构抗震薄弱部位，将先与其他处发生破坏，形成塑性铰。
2、塑性铰的产生一方面使结构整体刚性变小，抗震性能减弱；另一方面导致上覆土压力更多由中柱承载，使得中柱受力更为不利，从而导致了中柱的破坏，结构整体失稳。所以，塑性铰的产生是导致该车站破坏的重要原因。
参考文献
[1] 王瑞民，罗奇峰.阪神地震中地下结构和隧道的破坏现象浅析[J].灾害学，1998，13（2）：63～66.
[2] 林皋，梁青槐.地下结构的抗震设计[J].土木工程学报，1996（1）：15～24.
[3] 刘晶波，李彬.地铁地下结构抗震分析及设计中的几个关键问题[J].土木工程学报，2006，39（6）：106～110.
[4] 庄海洋，陈国兴，张菁莉.基于子结构法的地铁车站地震反应分析[J].岩土力学，2005，（增1）：227～231.
[5] 曹炳政，罗奇峰，马硕等.神户某地铁车站的地震反应分析[J].地震工程与工程振动，2002，22（4）：102～107.