分离岛式地铁车站抗震性能及车站-土-桩-桥相互作用研究

地铁车站是生命线工程的重要组成部分，其抗震问题已经成为城市工程抗震和防灾减灾研究的重要组成部分。日本阪神大地震对地铁车站造成了有史以来最为严重的破坏的事实，引起了众多地震工作者的极大重视。但是迄今为止，我国还没有独立的地下结构抗震设计规范。分离岛式车站作为一种新型地铁车站结构形式，车站结构离高架桥梁桩基较近，然而对车站-土-桩-桥相互作用机理，以及这种车站结构抗震性能研究很少。本项目拟针对分离岛式地铁车站结构抗震性能及车站-土-桩-桥相互作用机理开展研究，提出车站-土-桩-桥相互作用分析模型，并引入混凝土动力损伤本构关系，分析分离岛式车站结构在地震作用下的反应规律与破坏灾变机理。提出分离岛式地铁车站抗震分析方法，为地下结构抗震设计理论以及规范的完善提供依据。并通过测试列车经过地铁车站时，结构的加速度响应，获得结构动力性能，验证所提出模型的正确性。

本项目对地铁车站振动台试验进行有限元模拟，验证了有限元数值模拟方法的正确性。开展地铁车站结构动力性能测试。然后通过数值模拟对分离岛式地铁车站抗震性能，以及邻近桥桩对地铁车站地震响应的影响开展深入系统的研究，进一步进行了桥桩的参数分析，即：地铁车站与桥桩间距、垂直于地铁车站平面方向的桩间距、桥桩长度变化对地铁车站地震响应的影响。并研究了地震波的不同输入对岛式地铁车站地震响应的影响。取得以下主要结论：.（1）列车振动引起国贸车站结构最大应力变化为0.12MPa。通过小波分析得到列车振动主要频率为60Hz。.（2）地震响应比静力分析应力增加显著，尤其是分离岛式地铁车站结构的拱脚处，中板与侧墙交界处以及墙角处。在抗震设计中，这些位置需要重点加强。.（3）邻近桥桩会引起地铁车站在地震响应下应力的变化，而桥桩和地铁车站施工的不同顺序会对车站地震响应产生不同的影响。桥桩先存在的情况下，地铁车站结构竖直方向应力，及大多数点处的水平方向应力值有减小的趋势。桥桩后存在时，地铁车站关键位置处应力值增大20%~30%，需对地铁车站结构采取加固措施。.（4）随着地铁车站与桥桩间距的增大，在桥桩后存在的情况下，地铁车站结构应力增大百分比均有逐渐减小的趋势。而在桥桩先存在时，地铁车站应力变化并不单调，存在拐点；当桩间距为两倍的实际桩距时，在桥桩后存在的情况下，车站结构应力值在地震响应下有减小的趋势。桥桩先存在时，车站拱脚和墙角处应力值显著减小，对车站结构的其他部位应力影响不大；增大桩长后，改变了地铁车站的应力分布，应力最大处出现在中板与侧墙交界处（应力增大1.5倍）。.（5）三种方式的地震波输入下应力值有显著差异，墙角处考虑耦合地震波的斜入射比仅在水平地震波作用下应力值增大9.9%，考虑耦合地震波的斜入射是有必要的。