论文总字数：32509字

摘 要

现如今，我国已经进入了地铁建设的黄金时代。地铁车站的抗震性能将严重影响到地铁运行的安全；良好的抗震性能可以在地铁遭遇地震时保护结构减轻甚至不被破坏，保护人们的生命安全，降低经济损失。地下结构的抗震分析方法与地面结构有很大的不同，目前我国对这一领域的研究还不够成熟和系统。本文依托上海市轨道交通17号线，利用ABAQUS软件(6.11版本）和SHAKE91软件建立有限元模型，运用反应位移法和动力时程分析法对中国博览会北站标准段的一个横断面进行地震响应分析，再进行两种方法分析结果的对比，分别评价两种方法的优缺点和适用性。在动力时程分析中，同时提取静力步的分析结果，计算出车站结构仅在地震荷载作用下的内力以及占总内力的比重，以此分析地震荷载的控制作用。此外，本文还将成层土简化为均质土作对比分析，以评价以均质土代替成层土的合理性。最后，本文对不同场地类别的土也分别作了计算，以总结出土体的性质参数对车站结构地震响应的影响。

关键词：板柱结构，地铁车站，地震响应，动力时程分析，反应位移法

SEISMIC RESPONSE ANALYSIS OF SLAB-COLUMN STRUCTURE USED FOR METRO STATION IN SOFT SOILS

Abstract

Nowadays, our country has entered the golden age of metro building. The anti-seismic performance of metro station will produce serious influence on metro station; so, good performance of seismic resistance can help reduce damage or even protect metro from being damaged when suffer the earthquake and can also protect people’s life security, reduce economic loses. Seismic resistance analysis method of underground structure differs from which of surface structure a lot. The study of this area in our country has not been mature and systematic enough yet so far. This paper relies on rail transit line 17 of Shanghai and takes advantage of ABAQUS(version6.11) and SHAKE91 to build finite element model, then use action displacement method and dynamic time-history analysis method to conduct seismic response analysis on a cross section of standard segment of China Expo north station. After analyses , the paper compares the results of two analysis method and evaluates merits and drawbacks and applicability of them. In dynamic time-history analysis, the paper extracts the results of static analysis step and calculates internal forces of station structure which are caused only by earthquake load. According to the data, the answer of the question whether earthquake load is the decisive factor that controls the magnitude of internal forces in structure can be given. What’s more, the paper simplifies layered soil to homogeneous soil and makes comparison between them to assess whether this performance is reasonable. In the end, the paper conducts calculation on each different sort of seismic site in order to summarize how property parameter of soil influence seismic response of metro station structure.

KEY WORDS: slab-column structure, metro station, seismic response, dynamic time-history analysis, action displacement method

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 IV

第一章 绪论 1

1.1研究背景及选题意义 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2选题意义 1

1.2地下结构抗震国内外研究现状 2

1.3主要研究内容 4

第二章 地下结构抗震分析方法 5

2.1反应位移法 5

2.2动力时程分析法 6

第三章 地铁车站有限元模型及参数 8

3.1工程概况 8

3.1.1车站结构 9

3.1.2工程地质概况 10

3.2土—车站结构有限元模型 11

3.2.1计算中的基本假定 11

3.2.2计算模型及材料参数 11

3.2.3荷载及模型边界条件 14

3.2.4地震波选取 14

3.3单元划分 17

3.4反应位移法模型建立 17

3.4.1土层相对位移 17

3.4.2土体模量计算 18

3.4.3动力弹簧刚度 18

3.4.4结构惯性力 19

3.4.5结构周围剪力 19

3.4.6周围加地弹簧约束的结构模型 19

3.5小结 20

第四章 结果分析结果 21

4.1动力时程分析 21

4.1.1静力分析结果 21

4.1.2动力分析结果 21

4.1.3地震波作用对结构内力的影响 25

4.2反应位移法 26

4.3两种方法对比 28

4.4小结 30

第五章 加权等效均质土与场地类别的敏感性分析 31

5.1均质土简化模型的建立 31

5.2均质土与成层土计算结果对比 32

5.2.1静力工况 32

5.2.2动力工况 33

5.3不同场地类别土结果与对比 36

5.3.1静力工况 36

5.3.2动力工况 38

5.4小结 41

第六章 结论及建议 42

6.1结论 42

6.2展望 43

致谢 44

参考文献（References） 45

第一章 绪论

1.1研究背景及选题意义

1.1.1研究背景

本课题依托上海市地铁17号线中国博览会北站交通枢纽工程，取车站标准段的横截面进行有限元数值分析。上海市轨道交通17号线是中心城向青浦区辐射的放射线，为贯穿青浦区东西客运走廊的通道。线路走向为：沪青平公路——淀山湖大道——盈港路——崧泽大道——诸陆东路。沿途共设东方绿舟站、朱家角站、淀山湖大道站、漕盈路站、青浦站、汇金路站、赵巷站、嘉松中路站、徐泾北城站、徐盈路站、蟠龙路站、中国博览会北站和虹桥火车站站（已建成）。

有限元法有几个突出的优点：（1）可以用于求解非线性问题，并模拟各种复杂的材料本构关系；（2）易于处理非均质问题、模拟各向异性材料；（3）能适应各种复杂的边界条件；（4）前处理和后处理技术的发展，可较方便地进行大量方案的比较分析，并迅速用图形表示计算结果。而岩土工程恰恰存在这几个方面的问题，因此很适宜采用有限元法。

1.1.2选题意义

近年来，随着我国城市化进程的不断推进，人口增长、环境污染等给地面交通带来了日益严峻的挑战，同时，交通拥堵、生态恶化等问题逐渐加剧，人、路、车之间的矛盾也难以协调；而要解决城市普遍存在的这些交通问题，不能仅仅把希望寄托在无休止地增建道路和继续发展路面交通上；而轨道交通正是解决长期交通堵塞的较好方案所以，开发利用城市地下空间、发展地下轨道交通势在必行。目前，我国有已北京、上海等二十多个城市的地铁已投入运营，厦门、青岛等一些重要城市也在兴建地铁。一方面，地铁可以极大地缓解地面交通压力；另一方面，地铁污染小，噪声低，且相比于地面公共交通更为安全便捷。而且，地面道路交通的拥堵情况几乎不影响地铁的正常运营，地铁的运营因其的安全快捷，越来越受到人们的青睐，作为现代大城市发展的主要动脉，也逐渐成为衡量一个国家经济实力、科学技术水平的重要标志^[1]。可见，在未来的交通发展中，地铁建设具有十分广阔的前景和空间。

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