大跨度Y形柱地鐵車站結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)研究1)

陶連金劉春曉邊 金吳秉林李積棟許有俊

?(北京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院城市與工程安全減災(zāi)省部共建教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室，北京100124)

?(廣東海洋大學(xué)工程學(xué)院，廣東湛江524088)

??(舟山市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院,浙江舟山316000)

??(中國(guó)建筑總公司技術(shù)中心，北京101300)

???(內(nèi)蒙古科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭014010)

大跨度Y形柱地鐵車站結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)研究1)

陶連金?,2)劉春曉?邊 金?吳秉林?李積棟?許有俊??

?(北京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院城市與工程安全減災(zāi)省部共建教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室，北京100124)

?(廣東海洋大學(xué)工程學(xué)院，廣東湛江524088)

??(舟山市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院,浙江舟山316000)

??(中國(guó)建筑總公司技術(shù)中心，北京101300)

???(內(nèi)蒙古科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭014010)

隨著地鐵建設(shè)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的結(jié)構(gòu)形式—大跨度Y形柱地鐵車站結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的地鐵車站結(jié)構(gòu)完全不同，其空間高大寬敞，環(huán)境舒適.為研究該新型地鐵車站結(jié)構(gòu)的抗震性能，以北京地鐵6號(hào)線新華大街站為工程背景，使用FLAC3D軟件建立土與地下結(jié)構(gòu)三維有限差分動(dòng)力模型，模擬其在新華大街人工波作用下的響應(yīng)過程，重點(diǎn)分析了車站Y形柱和側(cè)墻的加速度、位移、應(yīng)變的規(guī)律，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明：數(shù)值模擬與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果基本一致，體現(xiàn)出了相似的規(guī)律性；Y形柱加速度最大位置出現(xiàn)于柱頂端稍下位置，并非于柱頂端；Y形柱分叉位置處應(yīng)變出現(xiàn)突變，此點(diǎn)相對(duì)于柱底的位移最大，且變化率較大，是抗震設(shè)計(jì)中需要加強(qiáng)的部位；Y形柱加速度、位移變化都會(huì)大于側(cè)墻.上述研究成果對(duì)提高該類地鐵車站結(jié)構(gòu)抗震性能的認(rèn)識(shí)及抗震設(shè)計(jì)水平提供了合理的參考與指導(dǎo).

Y形柱，地鐵車站，振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，地震反應(yīng)

引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，對(duì)地鐵車站和區(qū)間隧道斷面結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)特色提出了新的要求.大跨度、高斷面、寬柱距、異形柱等各種特色的地下結(jié)構(gòu)形式將陸續(xù)出現(xiàn)，以滿足人們對(duì)城市地下結(jié)構(gòu)實(shí)用、美觀等多方位的需求，這對(duì)地下結(jié)構(gòu)的抗震性能也提出了更高的要求.

近年來，國(guó)內(nèi)外開展的地鐵結(jié)構(gòu)的抗震性能研究，多集中于研究典型標(biāo)準(zhǔn)斷面形式的車站結(jié)構(gòu)和區(qū)間隧道，對(duì)于大跨度地鐵車站的研究，大部分以矩形斷面的框架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象[1-3]，針對(duì)大型復(fù)雜地鐵車站結(jié)構(gòu)形式的地震響應(yīng)的研究較少.普遍認(rèn)為，大跨度、高斷面、寬柱距、異形柱的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下較標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)更易破壞，其具體抗震性能以及同普通矩形框架結(jié)構(gòu)的抗震性能的差異亟待研究.

目前關(guān)于地下結(jié)構(gòu)抗震性能的研究手段主要有振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和數(shù)值模擬.凌道盛等[4]開展了地下結(jié)構(gòu)地震破壞離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了地震作用下地鐵車站的破壞過程和破壞模式.莊海洋等[3]對(duì)上層為五跨和下層為三跨的大型地鐵車站結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算分析；宮必寧等[4-8]進(jìn)行了土與地下結(jié)構(gòu)大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)；也有人將數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)相結(jié)合，葉道奎等[9-11]以振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)資料為基礎(chǔ)，對(duì)單一地鐵車站結(jié)構(gòu)大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，并與大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，很好地驗(yàn)證了兩者的結(jié)論；陶連金等[12-16[17-21]對(duì)液化場(chǎng)地下結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行了研究.但是，這些研究對(duì)象都是常規(guī)的矩形地下結(jié)構(gòu)或圓形盾構(gòu)隧道.

振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)可以直接研究地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，但是限于試驗(yàn)條件，有些數(shù)據(jù)難于測(cè)得，而且由于振動(dòng)臺(tái)本身的局限性，模型按照比例縮小后不可能完全滿足相似條件，從而造成試驗(yàn)誤差.數(shù)值模擬沒有尺寸上的限制，可以對(duì)模型試驗(yàn)結(jié)果起到補(bǔ)充作用.數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)的對(duì)比研究既可以驗(yàn)證計(jì)算模型的合理性，同時(shí)也能驗(yàn)證模型試驗(yàn)方案的可行性及試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，具有重要的意義[10].

本項(xiàng)研究將以北京地鐵6號(hào)線新華大街站為對(duì)象，以大跨度、高斷面、寬柱距、異形柱地下車站大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，基于FLAC3D軟件，建立土與地鐵車站結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力相互作用的三維有限元分析模型，對(duì)新華大街站不同峰值人工波作用下土與地鐵車站結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行數(shù)值模擬，并與文獻(xiàn)[22]中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以揭示大跨度淺埋Y形柱地鐵車站的地震響應(yīng)規(guī)律.

1 工程背景

新華大街站為北京地鐵6號(hào)線快慢線中轉(zhuǎn)換乘站，位于北京通州城市中心地帶，地處北京平原區(qū)，位于抗震設(shè)防烈度8度區(qū)內(nèi)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，地震動(dòng)峰值加速度值為0.20g.公共區(qū)采用Y形柱受力體系，Y形鋼管柱上部采用鑄鋼形式，下部采用鋼管形式，鋼管及鑄鋼內(nèi)部采用C50微膨脹混凝土填充.車站局部中板開放形成中庭式建筑效果，單層車站結(jié)構(gòu)寬度為41.9m，高19.3m，分叉點(diǎn)跨度10.988m，邊墻厚度1.5m，具有空間高、柱距大的特點(diǎn)，車站頂板覆土厚度為3m，車站效果圖和橫截面尺寸圖以及縱斷面尺寸如圖1和圖2所示.

圖1 車站效果圖Fig.1 Design sketch of station

2 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

在北京工業(yè)大學(xué)的地震模擬振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行了幾何比例為 1：50的地鐵地下車站結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn) (見圖 3).模型箱采用層狀柔性剪切箱，箱體尺寸為2.5m×1.5m×1.2m，采用北京地鐵6號(hào)線新華大街站施工基坑現(xiàn)場(chǎng)的粉細(xì)砂作為試驗(yàn)土，試驗(yàn)方案與測(cè)試結(jié)果詳見文獻(xiàn)[22].傳感器在相應(yīng)工況下的布設(shè)位置及加載方向如圖4所示

圖2 車站結(jié)構(gòu)橫斷面尺寸Fig.2 Station cross-sectional dimension

圖3 振動(dòng)臺(tái)加載方向及車站位置Fig.3 Loading-direction of shaking table and location of station

圖4 傳感器與加速度計(jì)布置Fig.4 Layout of gauges and accelerometers

3 數(shù)值模擬

3.1 計(jì)算模型的建立

三維有限差分模型的計(jì)算區(qū)域考慮實(shí)際車站所在土層情況，模型周圍采用自由場(chǎng)邊界，土的本構(gòu)模型選取基于莫爾--庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則的理想彈塑性模型，土體網(wǎng)格在車站結(jié)構(gòu)附近進(jìn)行加密，土體和車站結(jié)構(gòu)均采用實(shí)體單元.參考實(shí)際斷面形式，對(duì)車站橫截面形式進(jìn)行了簡(jiǎn)化，縱向選取五跨進(jìn)行分析，模型尺寸整體為120m×51m×60m.土與結(jié)構(gòu)三維數(shù)值模型和結(jié)構(gòu)數(shù)值模型如圖5所示.土層進(jìn)行了適當(dāng)合并，土層參數(shù)見表1，車站結(jié)構(gòu)參數(shù)參考文獻(xiàn)[23]見表2.

圖5 FLAC3D計(jì)算模型Fig.5 Calculation model of FLAC3D

圖5 FLAC3D計(jì)算模型(續(xù))Fig.5 Calculation model of FLAC3D(continued)

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)Table 1 Parameters of soils

表2 車站結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)Table 2 Parameters of station structure

3.2 地震動(dòng)輸入

數(shù)值模擬采用新華大街人工地震波為主要地震輸入，水平向依次輸入振幅為0.1g,0.2g,0.3g,0.5g, 0.6g,0.8g，共計(jì)6個(gè)工況.場(chǎng)地波加速度時(shí)程曲線如圖6所示，基巖輸入地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間為40s.

圖6 新華大街站人工波加速度時(shí)程曲線Fig.6 Acceleration time-histories of Xinhua Street Station

3.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

數(shù)值模擬中增加了 Y形柱和側(cè)墻監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，圖7淺灰色標(biāo)注位置測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容為加速度、位移和應(yīng)變，其中對(duì)應(yīng)變的監(jiān)測(cè)通過在FLAC3D中對(duì)命令流的編寫來實(shí)現(xiàn).

圖7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置Fig.7 Layout of monitoring points of model

4 數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

4.1 加速度反應(yīng)

4.1.1 車站側(cè)墻加速度反應(yīng)

定義加速度放大系數(shù)為測(cè)點(diǎn)的峰值加速度與模型底部同步測(cè)點(diǎn)的峰值加速度的比值，由圖8可知，邊墻加速度放大系數(shù)隨著埋深增加而減小，同一測(cè)點(diǎn)的加速度放大系數(shù)隨著地震動(dòng)輸入峰值的增加而減小.隨著輸入量級(jí)的增強(qiáng)土體的非線性加強(qiáng)，土傳遞振動(dòng)的能力減弱，測(cè)點(diǎn)隨著地震輸入峰值的增加呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)[23]，這與文獻(xiàn)[22]中的試驗(yàn)結(jié)果相吻合.

4.1.2 Y形柱加速度反應(yīng)

試驗(yàn)已經(jīng)得出，Y形柱頂部加速度反應(yīng)大于底部，但是由于試驗(yàn)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置較少，無法真正反映Y形柱沿縱向加速度的分布和隨著輸入峰值的變化.數(shù)值模擬中在不同地震動(dòng)輸入峰值條件下，同一高度位置處Y形柱左右兩支及下部直柱測(cè)點(diǎn)加速度放大系數(shù)如圖9所示.

圖8 側(cè)墻加速度放大系數(shù)Fig.8 Acceleration amplificatio factor of sidewall

圖9 Y形柱測(cè)點(diǎn)加速度放大系數(shù)Fig.9 Acceleration amplificatio factor of Y shaped column

通過同一高程位置Y形柱的峰值加速度放大系數(shù)隨輸入峰值的變化可以看到：

(1)Y形柱上的加速度放大系數(shù)隨著輸入地震動(dòng)峰值加速度的增加而減小，這與試驗(yàn)結(jié)論相一致.

(2)Y形柱左側(cè)分叉位置處的峰值加速度整體大于右側(cè)分叉處的峰值加速度，其差值先是隨著地震動(dòng)峰值的增加而增大，后來逐漸變小，說明地震動(dòng)輸入的增大會(huì)加大Y形柱結(jié)構(gòu)的不均勻性，Y形柱左側(cè)分支相比于右支更容易遭受破壞，與試驗(yàn)[22]中的結(jié)論相一致，這與左側(cè)叉支距離邊墻較遠(yuǎn)，同時(shí)缺乏橫向支撐有關(guān)，因此應(yīng)提高左側(cè)叉支的抗震性能.

(3)Y形柱監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度整體大于側(cè)墻處于同一高度位置加速度，說明Y形柱比側(cè)墻更易破壞.

(4)Y形柱頂部的加速度大于分叉處，更大于底部，這與試驗(yàn)結(jié)果相一致.但是最大位置處并不出現(xiàn)在Y形柱頂端位置，而是稍微偏下位置，這是由于Y形柱跨度大,同時(shí)缺少橫向支撐，并且分支處不規(guī)則傾斜和剛度的變化也會(huì)強(qiáng)化Y形柱的地震響應(yīng).由于試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置有限，無法捕捉到Y(jié)形柱分叉以上位置的加速度，數(shù)值模擬在這里對(duì)Y形柱加速度的變化進(jìn)行了補(bǔ)充，兩者結(jié)論基本一致.

4.2 側(cè)墻位移響應(yīng)

地震反應(yīng)位移的變化控制地下結(jié)構(gòu)的破壞[24]，陳磊等[25]對(duì)框架式地鐵車站結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)特性非線性分析中研究了車站位移左擺曲線和右擺曲線，認(rèn)為兩者形狀相似，但右擺時(shí)刻的最大幅值大于左擺時(shí)刻，這說明由于強(qiáng)地震動(dòng)作用,地下結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生單向累積的永久位移.基于此，本文中以右擺位移峰值為研究對(duì)象,對(duì)應(yīng)試驗(yàn)邊墻選取的3個(gè)測(cè)點(diǎn)位移幅值，通過數(shù)值模擬得到的測(cè)點(diǎn)位移幅值曲線如圖10所示.

圖10 側(cè)墻水平響應(yīng)位移幅值Fig.10 Horizontal response displacement amplitude of sidewall

數(shù)值模擬得到的結(jié)論與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)得到的規(guī)律一致，即模型上部位移大于下部，這種差異隨著地震動(dòng)輸入峰值的增大而增大.

4.3 水平相對(duì)位移響應(yīng)

4.3.1 側(cè)墻層間地震位移反應(yīng)

結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位移反應(yīng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，為了進(jìn)一步了解車站側(cè)墻和Y形柱本身的位移變化規(guī)律以及兩者的差異，在數(shù)值模擬中布置了較多的測(cè)點(diǎn)，詳細(xì)記錄了車站不同位置的位移變化.側(cè)墻距離底板的水平相對(duì)層間位移差隨高度的變化如圖11所示.

圖11 側(cè)墻相對(duì)層間位移Fig.11 Relative displacement between the layers of sidewall

可知側(cè)墻層間位移隨著埋深增加也呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)，且隨著輸入地震動(dòng)幅值的增大，上下位移差值會(huì)增大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力的不均勻變化，容易引起結(jié)構(gòu)破壞.

當(dāng)輸入峰值大于0.5g時(shí)，在與Y形柱分叉位置對(duì)應(yīng)高度處，位移差值會(huì)變得比較明顯，這與結(jié)構(gòu)形式突變有關(guān)，需要采取措置提高其抗震性能.

兩種方法得到的規(guī)律一致，但數(shù)值模擬的位移值要大于試驗(yàn)結(jié)果.

4.3.2 Y形柱相對(duì)位移反應(yīng)

試驗(yàn)中無法測(cè)得Y形柱的位移，在數(shù)值模擬中進(jìn)行了補(bǔ)充，Y形柱左右兩支不同高度測(cè)點(diǎn)與柱底端相對(duì)位移差變化如圖12所示，并與前面所述同一峰值條件下同一高度位置側(cè)墻的水平相對(duì)位移差進(jìn)行對(duì)比.

由圖12可知，Y形柱各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移差值隨著輸入地震動(dòng)峰值的增大而增大；Y形柱左支的相對(duì)位移大于右支，這種差距隨著地震動(dòng)輸入峰值的增大而增大；對(duì)于Y形柱而言，位移最大值并非出現(xiàn)在頂端，而是出現(xiàn)在Y形柱左右支分叉位置處，Y形柱分叉位置相對(duì)位移變化斜率較大；Y形柱整體相對(duì)位移大于側(cè)墻.

4.4 應(yīng)變響應(yīng)

試驗(yàn)中的應(yīng)變片由于環(huán)境因素不能保證全部正常工作，且試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)的應(yīng)變反應(yīng)都是線應(yīng)變.因此，在數(shù)值模擬中重點(diǎn)對(duì) Y形柱的應(yīng)變進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖13所示.

圖12 不同工況下Y形柱測(cè)點(diǎn)相對(duì)位移值Fig.12 Relative displacement between the layers of Y shaped column with dif f erent conditions

圖13 Y形柱應(yīng)變曲線圖Fig.13 Structure strain response at measuring point of the Y shaped column

同試驗(yàn)結(jié)果規(guī)律相近，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變隨著地震動(dòng)輸入峰值的增大成遞增趨勢(shì)；Y形柱分叉點(diǎn)處應(yīng)變突然增大，其增大值隨著地震動(dòng)輸入峰值的增大而增大，這與前述分叉位置處相對(duì)位移變化斜率較大可以對(duì)應(yīng)，說明分叉點(diǎn)處位移較大，是需要加強(qiáng)的部位；分叉點(diǎn)以下部位應(yīng)變略微增大后逐漸減小，至柱底為最小，柱下端部位應(yīng)變相對(duì)于分叉點(diǎn)位置增大的幅度比試驗(yàn)結(jié)果略小，但仍是需要加強(qiáng)的部位.Y形柱應(yīng)變整體呈現(xiàn)出兩頭小中間大的變化趨勢(shì)，且頂部應(yīng)變值大于底部.數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果規(guī)律基本相似，證明數(shù)值模擬中監(jiān)測(cè)應(yīng)變的方式較為合理.

5 結(jié)論

由數(shù)值模擬結(jié)果結(jié)合振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果，可得出如下結(jié)論：

(1)數(shù)值模擬與振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的加速度、位移、應(yīng)變變化規(guī)律基本一致，只是數(shù)值上存在一定差異.

(2)數(shù)值模擬得到的新規(guī)律有：受結(jié)構(gòu)形式變化影響，Y形柱加速度最大位置并非出現(xiàn)在柱頂端，而是柱頂端往下位置；Y形柱分叉位置應(yīng)變會(huì)出現(xiàn)突變，此處也是相對(duì)于柱底位移最大處，且變化率較大，是抗震設(shè)計(jì)中需要加強(qiáng)的部位；Y形柱加速度、位移變化都會(huì)大于側(cè)墻，因此設(shè)計(jì)中需要采取措施進(jìn)行加固.

1 趙大鵬，宮必寧，晏成明.大跨度地下結(jié)構(gòu)振動(dòng)性態(tài)試驗(yàn)研究.重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24(5)：52-57(Zhao Dapeng,Gong Bining,Yan Chengming.Experimental analysis of vibration behavior for large-span underground structure.Journal of Chongqing Jianzhu University,2002，24(5)：52-57(in Chinese))

2 尚昊，郭志昆，張武剛.大斷面地下結(jié)構(gòu)抗震模型試驗(yàn).巖土工程界,2002，5(10)：60-64(Shang Hao,Guo Zhikun,Zhang Wugang. Seismic model test of large-section underground structure.Geotech-nical Engineering World,2002，5(10)：60-64(in Chinese))

3 莊海洋,龍慧，陳國(guó)興.復(fù)雜大型地鐵地下車站結(jié)構(gòu)非線性地震反應(yīng)分析.地震工程與工程振動(dòng),2013，33(2)：192-199(Zhuang Haiyang,Long Hui,Chen Guoxing.Analysis of the nonlinear earthquake response of a large complicated subway underground station.Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration,2013，33(2)：192-199(in Chinese))

4 凌道盛，郭恒，蔡武軍等,地鐵車站地震破壞離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2013，47(12)：2201-2209 (Ling Daosheng,Guo Heng,Cai Wujun,et al.Research on seismic damage of metro station with centrifuge shaking table model test.Journal of Zhejiang University(Engineering Science),2013，47(12)：2201-2209(in Chinese))

5 宮必寧，趙大鵬.地下結(jié)構(gòu)與土動(dòng)力相互作用試驗(yàn)研究.地下空間，2002,22(4)：320-324(Gong Bining,Zhao Dapeng.Experimental study on dynamic interaction of underground structure and soil.Underground Space,2002,22(4)：320-324(in Chinese))

6 楊林德，季倩倩，鄭永來等.軟土地鐵車站結(jié)構(gòu)的振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn).現(xiàn)代隧道技術(shù)，2003,40(1)：7-11(Yang Linde,Ji Qianqian, Zheng Yonglai,et al.Shaking table test on metro station structures in soft soil.Modern Tunnelling Technology,2003,40(1)：7-11(in Chinese))

7 陶連金，王沛霖，邊金.典型地鐵車站結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn).北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,32(9)：798-801(Tao Lianjin,Wang Peilin, Bian Jin.A shaking table test method on the representative subway station structure.Journal of Beijing University of Techonlogy,2006, 32(9)：798-801(in Chinese))

8 陳國(guó)興，莊海洋，杜修力等.土--地鐵車站結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究.地震工程與工程振動(dòng)，2007,27(2)：171-176(Chen Guoxing,Zhuang Haiyang,Du Xiuli,et al.Analysis of large-scale shaking table test of dynamic soil-subway station interaction.Earthquake Engineering and Engineering Vibration,2007, 27(2)：171-176(in Chinese))

9 葉道奎,陳國(guó)興，左熹.軟弱場(chǎng)地地鐵車站結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)對(duì)比分析.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào),2012，32(5)：528-534(Ye Daokui,Chen Guoxing,Zuo Xi.Comparative analysis between numerical simulation and model test on the seismic response of subway station structure in soft clay.Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2012，32(5)：528-534 (in Chinese))

10 陳國(guó)興,左熹，莊海洋等.地鐵車站結(jié)構(gòu)大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)與數(shù)值模擬的比較研究.地震工程與工程振動(dòng),2008，28(1)：157-164 (Chen Guoxing,,Zuo Xi,Zhuang Haiyang,et al.A comparison between large-size shaking table test results and numerical simulation of a subway station structure.Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration,2008，28(1)：157-164(in Chinese))

11 景立平，孟憲春，孫海峰等.三層地鐵車站振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的數(shù)值模擬.地震工程與工程振動(dòng),2012，32(1)：98-105(Jing Liping,Meng Xianchun,Sun Haifeng,et al.Numerical simulation of three-story subway station shaking table test.Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration,2012，32(1)：98-105(in Chinese))

12 陳磊，陳國(guó)興，李麗梅．近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)作用下雙層豎向重疊地鐵隧道地震反應(yīng)特性．中國(guó)鐵道科學(xué)，2010,31(1)：79-86 (Chen Lei,Chen Guoxing,Li Limei.Seismic response characteristics of the double-layer vertical over lapping metro tunnel under near-fieland far-fielground motions.China Railway Science, 2010,31(1)：79-86(in Chinese))

13 安軍海，陶連金，李積棟等.地鐵雙層交叉隧道非線性地震響應(yīng)分析，中國(guó)鐵道科學(xué)，2015,36(3)：66-72(An Junhai,Tao Lianjin, Li Jidong,et al.Nonlinear seismic response of double-decked intersecting metro tunnel.China Railway Science,2015,36(3)：66-72 (in Chinese))

14 李積棟，陶連金，安軍海等.大型密貼交叉組合地鐵車站地震響應(yīng)分析.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014，40(3)：361-373(Li Jidong,Tao Lianjin,An Junhai,et al.Seismic response analysis of large closelyattached intersecting combination of subway station.Journal of Beijing University Technology,2014，40(3)：361-373(in Chinese))

15 李積棟，陶連金，安軍海等.強(qiáng)震所用下密貼交叉組合地鐵車站三維地震動(dòng)響應(yīng)分析.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013，10(6)：64-68(Li Jidong,Tao Lianjin,An Junhai,et al.3D dynamic response analysis of the closely-attached interesting underground subway under strong earthquake.Journal of Railway Science and Engineering, 2013，10(6)：64-68(in Chinese))

16 李積棟.密貼交叉組合地鐵車站結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)研究.[博士論文].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2015(Li Jidong.Study on seismic response of closely-attached intersecting combination subway station.[PhD Thesis].Beijing：Beijing University of Technology,2015(in Chinese))

17 劉華北,宋二祥.埋深對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震液化響應(yīng)的影響.清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,45(3)：301-305(Liu Huabei,Song Erxiang.Ef f ects of burial depth on the liquefaction response of underground structures during an earthquake excitation.J Tsinghua Univ(Sci&Tech),2005,45(3)：301-305(in Chinese))

18 劉華北，宋二祥.可液化土中地鐵結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng).巖土力學(xué), 2005,26(3)：381-391(Liu Huabei,Song Erxiang.Earthquake induced liquefaction response of subway structure in liquefiabl soil.Rock and Soil Mechanics,2005,26(3)：381-391(in Chinese))

19 陳國(guó)興，莊海洋，杜修力等.液化場(chǎng)地土--地鐵車站結(jié)構(gòu)大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究.地震工程與工程振動(dòng)，2007,27(3)：163-169(Chen Guoxing,Zhuang Haiyang,Du Xiuli,et al.Large-scale shaking table test for subway station structure built in liquefiabl saturated fin sand soil.Earthquake Engineering and Engineering Vibration,2007,27(3)：163-169(in Chinese))

20 龍慧，陳國(guó)興，莊海洋.可液化地基上地鐵車站結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)特征有效應(yīng)力分析.巖土力學(xué)，2013,34(6)：1731-1737(Long Hui, Chen Guoxing,Zhuang Haiyang.Ef f ective stress analysis of seismic response characteristics of metro station structure in liquefiabl foundation.Rock and Soil Mechanics,2013,34(6)：1731-1737(in Chinese))

21 安軍海，李曉霖，索新愛等.液化場(chǎng)地地鐵區(qū)間隧道抗震設(shè)計(jì)研究.鐵道建筑，2015，8：80-84(AnJunhai，LiXiaolin，SuoXin’ai，et al.Research on seismic design for metro section tunnel in liquefaction region.Railway Construction,2015，8：80-84(in Chinese))

22 吳秉林，陶連金，李積棟等.大體積淺埋Y形柱地鐵車站振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究.現(xiàn)代隧道技術(shù),2015，52(6)：92-98,110(Wu Binglin, Tao Lianjin,Li Jidong,et al.Shaking-table experimental for a large, shallow metro station with a Y-column.Modern Tunneling Technology,2015，52(6)：92-98,110(in Chinese))

23 陶連金，李積棟，吳秉林等.豎向地震動(dòng)對(duì)大跨度高斷面Y形柱地鐵車站地震響應(yīng)分析研究.地震工程學(xué)報(bào),2015，37(3)：648-654(Tao Lianjin,Li Jidong,Wu Binglin,et al.Influenc of the vertical seismic wave on the seismic response of an large-span highsection Y-shaped column subway station.China Earthquake Engineering Journal,2015，37(3)：648-654(in Chinese))

24 竇立軍,楊柏坡，劉光和.土--結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用幾個(gè)實(shí)際應(yīng)用問題.世界地震工程,1999，15(4)：62-68(Dou Lijun,Yang Baipo, Liu Guanghe.Some practical problems on dynamic soil-structure interaction.World Information on Earthquake Engineering,1999，15(4)：62-68(in Chinese))

25 陳磊,陳國(guó)興,毛昆明,框架式地鐵車站結(jié)構(gòu)大地震近場(chǎng)地震反應(yīng)特性的三維精細(xì)化非線性分析.巖土工程學(xué)報(bào),2012,34(3)：490-496(Chen Lei,Chen Guoxing,Mao Kunming.3D refine nonlinear analysis of seismic response characteristics of frame metro station under near-fiel strong ground motion of large earthquake.Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2012,34(3)：490-496(in Chinese))

SEISMIC RESPONSE OF SUBWAY STATION WITH LARGE SPAN AND YSHAPED COLUMN1)

Tao Lianjin?,2)Liu Chunxiao?Bian Jin?Wu Binglin?Li Jidong?Xu Youjun??

?(Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering of Ministry of Education，Beijing University of Technology，Beijing100124，China)

?(Engineering College of Guangdong Ocean University，Zhanjiang524088，Guangdong，China)

??(Zhoushan Planning&Pattern Institute，Zhoushan 316000，Zhejiang，China)

??(China National Construction Corporation Technology Center，Beijing 101300，China)

???(School of Architecture&Civil Engineering，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou014010，Inner Mongolia，China)

Along with the development of subway construction,a new type of structure with long span and Y shaped column comes up.It is dif f erent from the existing subway station structure,the space is tall and spacious,which shows a comfortable environment.In order to study the seismic performance of subway station structure with this new type, taking Xinhua Street station of the Beijing Metro Line 6 as engineering background,FLAC3Dwas used to build the soilunderground structure dynamic model of three-dimensional finit dif f erence to simulate the response process under theXinhua Street artificia seismic wave excitation.Emphasis is put on the analysis of the law of acceleration,displacement and strain of both Y shaped column and side wall of the station.The numerical results are also compared with the shaking table test.The results show that the numerical results are basically identical with the shaking table test,which reflect the similar structure response.The maximum acceleration of Y shaped column occurred at the position just a little down from the top of the column,not at the top.Strain changes suddenly at the bifurcation position of Y shaped column,where this position also has the largest response displacement relative to the bottom of column and with abrupt change,so this is the part to be reinforced in aseismic design.The acceleration and change of displacement of Y shaped column are both larger than side wall.The results above may provide reasonable reference and guidance to improve the seismic performance and seismic design for similar subway station structure.

Y shaped column，subway station，shaking table test，seismic response

TU311.3

A doi：10.6052/0459-1879-16-346

2016-11-25收稿，2016-11-28錄用,2016-12-05網(wǎng)絡(luò)版發(fā)表.

1)國(guó)家自然科學(xué)基金(41272337,41572276)、北京市自然科學(xué)基金委員會(huì)(L140004)、北京市教育委員會(huì)科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(KZ200910005009)、北京市博士后工作經(jīng)費(fèi)(2013ZZ-01)和長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃(51421005)資助項(xiàng)目.

2)陶連金，教授，主要研究方向：巖土與地下工程.E-mail：ljtao@bjut.edu.cn

陶連金,劉春曉,邊金,吳秉林,李積棟,許有俊.大跨度Y形柱地鐵車站結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)研究.力學(xué)學(xué)報(bào),2017,49(1)：55-64

Tao Lianjin,Liu Chunxiao,Bian Jin,Wu Binglin,Li Jidong,Xu Youjun.Seismic response of subway station with large span and Y shaped column.Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2017,49(1)：55-64