层间隔震技术在地铁车辆段大平台上部土地开发上的应用研究

1、层间隔震技术在地铁车辆段大平台上部土地开发上的应用研究1 前言 近年来,随着大都市土地价格的不断增强,人们开头寻求提高城市土地的有效利用率方法,其中一个有效途径是开辟地铁上部空间。国内外现已消失了一些胜利开辟地铁上部空间的工程实例1。作为一种特别的结构形式,这种工程通常面临着很多不同于常规建造的困难2。特殊当结构处于高烈度地震区时,其抗震设计极为困难。倘若按常规方法举行抗震设计,则极有可能导致原有地铁系统结构的抗震承载力的严峻不足,而且受地铁线路及其正常运营要求的限制,对地铁系统的结构举行加固几乎是不行行的。正在建设中北京地铁八王坟车辆段开辟工程就面临着此难题,为解决这个工程难题,本文提出在地

2、铁车辆段大平台上部空间开辟时采用铅芯橡胶垫隔震技术,将上部建造结构通过隔震层与下部大平台衔接,使得囫囵系统实际成为一种层间隔震结构形式。隔震是一种新型抗震技术,它通过调节原有结构体系的自振周期,使其远离地震地面运动的卓越周期,从而显著的降低结构地震响应。对于隔震技术,国内外已举行了大量的研究36,并已消失了许多工程应用,其中一些在地震中表现出了良好的抗震性能7。层间隔震作为一种新型隔震形式,因其在已有结构增层加固工程以及一些不宜举行采用基础隔震的特别结构工程中的特有优势,近年来渐渐受到了人们的重视8,9,并且国内现已建筑了少量层间隔震结构的房屋。 为研究在此工程中采用层间隔震技术的减震效果,本

3、文对隔震结构体系举行了非线性时程分析,随后又对1/30比例的结构模型举行了模拟地震惊振动台实验研究。理论分析和实验结果表明隔震结构体系抗震性能良好,彻低能够满意规范要求,具有很好的应用推广价值。 2 工程概况 正在建设中的北京地铁八王坟车辆段开辟工程是为提高土地资源利用率,充分利用地铁车辆段上部空间的市级重点工程。工程位于北京市朝阳区高碑店乡,开辟平台用地29.4公顷,主体平台东西长1291m,南北宽226m。平台为两层纯框架结构,结构柱网主要为117.2(m),柱断面以11(m)为主。平台首层层高7.5m,为车辆段层,供应北京复八线地铁车辆停车列检、修理、洗刷保养等服务;平台二层层高4.1m

4、,为设备管道层,平台住所区的变电所、水泵房、热力站、机动车停车场、各种管理用房和设备管道设置在该层。住所小区位于距地面约11.6m的2层平台上,总建造面积54.6万m2,是以6层、9层为主的经济适用住所小区。 3 工程设计特点 该工程将功能、性质彻低不同的地铁车辆段和居民住所小区结合在一起,此开辟形式在国内尚属首例,在开辟规模、技术难度等方面都是少见的。因为下部两层大平台以地铁车辆段为主,受地铁线路、车辆限界和功能划分影响,下部平台的柱网、柱断面受到严格限制。为保证地铁准时通车运营,两层混凝土平台已基本施工完毕,若按常规抗震设计,在此大平台上建造9层住所,将有以下问题:已施工平台框架柱抗震能力

5、不足;上部9层住所设计超限,若单独对9层住所举行抗震加强,例如,增强抗震墙或加大柱断面等,又导致下部平台抗震剪力增强,使下部平台抗震能力越发不足。所以在不对下部平台柱补强、加固,又不削减上部开辟面积的前提下,拟在平台9层住所部分采用层间橡胶隔震技术,以期既提高9层住所的抗震平安性,同时改善和降低下部平台的地震作用,使其满意抗震要求。 本工程在距地面约11.6m的2层平台和9层住所首层之间设置铅芯橡胶垫隔震支座,属于层间隔震技术。该项目已申报国家高技术产业化推动项目,相关的研究课题超大平台结构抗震及车辆段开辟区减振降噪技术研究为北京市科委资助支持的重大科研项目。 本文仅以最具代表性小区为例,举行

6、隔震计算分析和振动台实验分析研究。该区位于囫囵八王坟大平台的11区北侧,三类场地,8度设防,在大平台上建造一幢9层和6层住所。计算和实验输入的地震波采用北京市勘察设计研究院和中国地震局地质研究所联合供应的地震波,包括1条人工地震波和3条实际强震记录(ElCentro、Taft和八户地震记录),其中人工波为经场地地震平安性评估得到的场地波。地震波水平加速度峰值为:8度小震取0.07g,8度中震取0.20g,8度大震取0.40g。 4 计算结果与减震效果分析 计算采用三维空间有限元时程分析程序SAP2000非线性版。计算时考虑非线性变形集中在隔震层,而结构构件均保持线弹性阶段。 计算结果分析收拾如

7、下: 综合上述表中数据,9层住所V隔/V不隔在0.170.29之间,小于0.35,可以认为水平减震系数按0.5设计,大平台上9层住所水平地震作用按降一度即7度设计;大平台V隔/V不隔最大值在0.620.79之间,水平地震剪力降低21%38%,其抗震性能得到改善。 表3显示,9层住所隔震时最大层间位移角为1/2857,大平台隔震时最大层间位移角为1/1003,均小于1/550,处于弹性状态,满意规范层间弹性位移角限值要求。 5 结构模型的振动台实验研究 5.1 模型设计和实验方案 按照工程分区大小、高度及实验条件,应用相像理论,设计模型与原型的比例为1:30。因为微粒混凝土材料的弹性模量较小,泊

8、松比和阻尼特性与原型混凝土临近,可反映结构构件开裂等造成的内力重分布的影响,故模型采用微粒混凝土制作。模型采用M7.5、M10微粒混凝土模拟原型C30、C40混凝土,模型材料抽样实验结果:M7.5强度平均值5.09MPa、弹性模量平均值10000MPa,M10强度平均值7.36MPa、弹性模量平均值10700MPa。模型钢筋采用回火镀锌铁丝,按照相像关系选用直径为22#-8#等多种规格。 实验在广州高校工程抗震研究中心举行,地震波的峰值按相像比换算后分离为8度小震取0.155g,8度中震取0.444g,8度大震取0.888g。 5.2 实验数据收拾和分析 表4表6给出了隔震前后结构地震响应的实

9、验结果,同时将其与计算结果举行了对照。 从表4看出,隔震后,上部结构的加速度响应显著下降,顶层的下降幅度达74.5%;同时大平台结构的加速度响应也得到一定程度的减少。有限元分析结果与实验结果相差不是很大。 由表中数据看出,在8度小震作用下,与不隔震结构相比,隔震后,9层住所最大层间位移角显然减小;不隔震结构在中震时已不能满意规范要求,而隔震结构在大震时绝大部分楼层的层间位移角都在规范允许范围之内,可见隔震效果之显著。 另外在实验中观看到,不隔震时,中震实验后,部分大平台边柱的底部和顶部消失裂缝,大震时9层住所剪力墙根部消失裂缝,柱子底部折断,平台多根边柱消失破损性裂缝,囫囵结构发生严峻破坏;隔

10、震时,中震、大震作用下结构未消失裂缝。对实验前后结构模型的动力特性举行比较发觉,不隔震结构在经受中震作用以后,一阶频率下降了47%,而隔震结构在经受中震和大震以后,一阶频率仅下降了5%,动力特性基本没有变化。这说明隔震后,结构构件在大震作用下基本处于弹性阶段,其抗震性能大大得到了提高。 6 结语和前景展望 通过举行隔震和不隔震振动台对照实验,同时用SAP2000举行三维动力分析,将理论分析和实验结果举行对照,得到以下两点结论: 采用隔震技术后,减震效果显然,结构的抗震性能大大得到改善。大平台上9层住所水平地震作用可按降一度即7度设计; 从实验和程序计算结果对照来看,虽然存在一定的误差,但考虑到实验环境的复杂性和计算模型的近似性,存在这样的误差在工程上可以采纳,所以实验和程序计算成绩可以作为上部住所结构设计、隔震方案设计的依据。 橡胶垫隔震作为新兴的工程减震技术因为在我国仍处于探究应用阶段,但随着我国