地震动特性对地铁车站结构影响分析

韩冠楠

天津市政工程设计研究总院有限公司 天津 300051

摘 要：在我国发展过程中，我国交通领域实现全面优化，随着整个交通领域的增强，对地下结构控制力理论以及设计方法可以被广泛应用。目前，在计算分析中，基于其有限元方法，可以考虑不同的地震动特性，以了解其对地铁车站结构影响。经过集中分析，表明在其能量集中阶段，其地震动荷载对于地铁车站自身结构产生的影响较为明显，且其整个应力以及位移数值较大。需要对不同的地震动输入方式进行综合比较，便可以得知其地震动特性的应力计算，以便在后续施工过程中，能够根据地震动特性采取合理的应对措施，减轻地铁车站出现安全事故的几率，保障地铁有效运行。因此，本文将就地震动特性对地铁车站结构影响分析展开讨论。

关键词：地震动特性；地铁车站；结构分析；应用研究

在大规模的地下空间开发建设中，地下交通具有巨大的发展潜力。作为首选公共交通，地铁具有运输量大、速度快、效率高的特性。但在运输过程中，其亦有可能面临突发自然灾害，如地震。地震将会导致建筑物出现严重损害，地铁车站建设中必须考虑抗震性，并提供科学且具有实践意义的解决方案。在地震动特性中，需要分析地震波对于车站各环节的动力响应差异，并根据地震动入射方向，分析其对于整个结构影响。因此，在本文的研究中，在研究时可以通过ABAQUS有限元软件建立三维模型，全面分析地震动幅值。对于整个地铁车站的影响规律进行研究，并总结出抗震薄弱环节，为后续工程的建设以及推广提供全新的含义。

1. 地震对整个地下结构作用分析

1.1结构受损分析

根据整个结构受损力分析，其在混凝土单元中，可以分析整个受拉损伤程度，以提取修复结构主体各时刻的损伤图。根据图一所示，可以得知在地震动特性中，即从0s开始时，结构前端角落柱顶部以及底部已然出现轻微损伤破坏。且随着整个地震荷载的持续增加，结构整体的形变以及受拉损伤亦逐渐增大，直至最后地震的荷载作用完毕^[1]。根据图形，分析图形之间区别，得知在31s后，其整体的损伤变化不大。这就表明在31s内，地震动特性便会对整个地铁车站结构产生严重影响。因此，可见地震对于整个结构的受拉损伤已达至极限。通过分析破坏过程，可以得知地震对于结构受拉损伤可以集中在侧桥以及结构顶部、四角落这些部位的损伤，且通常这些损伤较为集中。

1.2结构相对位移分析

针对于整个结构分析，在地震动特性中，对于结构性的位移将会产生水平方向的移动。通过分析，可以得知随着地震荷值的持续作用，其地震波将呈现波动式特性。将分析整个地震核载作用中，其地震荷值到达预计峰值后，其地震结构侧墙结果出现距离波动，进行位移，达到位移最大值。而在0s始至20s终，其整个形变趋于平缓^[2]。这说明在20s内，地震动特性已然可以对整个侧墙产生位移且在侧墙右部分产生强烈的形变，导致结构损伤，出现残余结构变形。

1.3结构应力分析

根据整个应力结构的数据进行分析，可以得知在结构两侧墙体当中，其右侧侧墙所受应力可以随时间变化而变化。根据地震动特性及整个应力的结构，可以呈现增加后减小的趋势。根据图形分析整个轴心抗强度设计值，将整个时刻进行轴压比，在结构右侧墙体轴压比中，可以得知其轴压比并没有大幅度变化。因此，对于后期轴压比的变化，仅是小幅度波动。相对应力以及位移变化来讲，在地震区域， 其中心问题在于其轴压比不大于0.6，可以全面保证结构安全性，从数值上符合相关标准^[3]。

2. 不同地震的手动输入方式

2.1应力响应分析

通过集中计算分析，可以保障在不同工况情况下其最大剪应力，以分析最小减应力的响应峰值。分析整个变化曲线，对曲线特性进行绘制。根据变化曲线，可以得知根据不同工况条件，可以结合“D点”以及“F点”的最大剪应力。包含最大应力以及最小应力，以分析其整个节点在不同地震动输入方式下，地铁车站机构的变化值。在地铁中部结构、底部结构，其形变力度变化值最大，极容易发生变形的损害。这一点与地震破坏现象具有吻合特性，可以用作显著的分析效果。在地震动特性中，地铁车站结构许多柱子均应顶部、底部剪力过大出现破坏。因此，在节点最初，可以确保整个车站结构的底梁中间，促进位置相应较大^[4]。在设计中，需要根据此类特性进行考量。针对于不同的输入方式，可以作为工况结果，根据详细数值分析。在边界上，考虑阻尼效应以及刚度，在输入过程中分析低振动特性的结构影响。

2.2位移响应分析

选取相关的位移响应分析，可以根据分析结果的中柱结构，选择相关的节点。如C点、D点、E点联系对象，分别计算在不同工况条件下，其整个结构的响应值。并根据节点的响应峰值，进行分析。经过哦数据的集中分析比对，可以得知对峰值变化可集中在地铁地下结构的顶部以及其底部结点的水平位移，并结合如D点、E点、F点的位移响应特性。根据分析结果，针对不同工况条件下，其考察节点水平位移峰值变化不大，基本相同。因此，可以有效说明其响应峰值沿地铁结构中部，使整个机构稳定，无放大作用。在通常条件下，其远大于其他工况的数值结果

^[5]。且在工况条件下，其结果与预计中的工况一与工况二、工况三的数值结果相对接近，且均较小。通过文件的数据分析结果比对，以保证整个输入速度以及其弹性便捷条件。分析整个形变值的变化，在同一工况条件下，中部、底部位移响应曲线一致，并未放大作用。

2.3地震动幅值影响分析

针对于地震动参数，可以分析其相对位移时对整个结构竖向位移最大值将会出现影响。分析曲线表明其地震部落位移最大时，其结构相对明显大于加速的最大时刻以及速度最大时刻所得出的综合数据。因此，可见地振动水准水平位移对于结构变形影响较大^[6]。

3.结束语

综上所述，在整个分析过程中，通过“ABAQUS”有限元处理模型处理软件分析整个计算结果，通过其显示图像，可以有效得知地铁车站的柱点以及柱底结构，并根据车站结构的四个定角点，完成振动特性的应力分析。通过对地铁车站的结构损伤图进行研究，在地下结构中，中柱是整个最薄弱的环节。因此，在后续工程设计时，针对于中柱，要进行着重验算，以保证其位移以及受力符合相关标准，使整个结构安全、合理、可靠。在地震中，其地下地铁剪力墙位移对整个地铁车站结构的变形影响以及其他因素进行相比。通过查看相对位移的变化，保障结构在地震荷载作用下恢复自身的弹性以及塑形，使主体具有明显的稳定效果。由于地震的荷载作用，其结构以及地表有可能会产生一定的变形，但其地震手动输入值越大，其参与残余变形便越大。

【参考文献】

[1] 汪凡茗, 陈颖辉, 王文举. 地震动特性对地铁车站结构影响分析[J]. 冶金与材料, 2020(4).

[2] 窦远明, 冯帆, 王建宁,等. 软弱夹层对地铁车站结构地震动力响应影响的三维数值分析[J]. 结构工程师, 2019(2):140-148.

[3] 刘亮, 张彤炜, 周书东,等. 不同地质条件下地铁车站的水平地震动力特性研究[J]. 广州建筑, 2020, v.48;No.270(02):7-11.

[4] 张天宇, 陈清军. 土-地铁车站及其上盖结构体系地震反应分析[J]. 力学季刊, 2019(3).

[5] 许民泽, 崔春义, 姚怡亦,等. 埋深对可液化场地地铁车站地震响应的影响[J]. 深圳大学学报（理工版）, 2020, 037(003):287-292.

[6] 王建宁, 窦远明, 庄海洋,等. 土–地下连续墙–复杂异跨地铁车站结构动力相互作用分析[J]. 岩土工程学报, 2019(7).

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