地铁抗震ppt-反应位移法

地铁车站抗震计算方法

——反应位移法

汇报人：杨龙中铁第四勘察设计院集团有限公司一、地下建筑抗震在相关规范中的规定中铁第四勘察设计院集团有限公司目录三、地震波反演软件EERA二、反应位移法一、地下建筑抗震在相关规范中的规定《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第14.2.4条：地下建筑的抗震验算，尚应符合下列规定：1、应进行多遇地震作用下截面承载力和构件变形的抗震验算；2、对于不规则的地下建筑以及地下变电站和地下空间综合体等，尚应进行罕遇地震作用下的抗震变形验算。计算可采用本规范第5.5节的简化方法，混凝土结构弹塑性层间位移角限值宜取1/250。中铁第四勘察设计院集团有限公司《城市轨道交通结构抗震设计规范（报批稿）》(GBXXXX-XXXX)《城市轨道交通结构抗震设计规范（报批稿）》第3.2.4条：城市轨道交通结构的抗震性能要求不应低于表3.2.4的规定。：中铁第四勘察设计院集团有限公司表3.2.4城市轨道交通结构抗震设防目标地震动水准抗震设防分类结构抗震性能要求等级重现期地上结构地下结构E1地震作用100特殊设防类ⅠⅠ重点设防类ⅠⅠ标准设防类ⅠⅠE2地震作用475特殊设防类ⅠⅠ重点设防类ⅡⅠ标准设防类ⅡⅠE3地震作用2450特殊设防类ⅡⅠ重点设防类ⅢⅡ标准设防类ⅢⅡ一、地下建筑抗震在相关规范中的规定《城市轨道交通结构抗震设计规范（报批稿）》(GBXXXX-XXXX)《城市轨道交通结构抗震设计规范（报批稿）》第3.2.1条：城市轨道交通结构的抗震性能要求应分成以下三个等级：性能要求I：地震后不破坏或轻微破坏，应能够保持其正常使用功能；结构处于弹性工作阶段；不应因结构的变形导致轨道的过大变形而影响行车安全。性能要求II：地震后可能破坏，经修补，短期内应能恢复其正常使用功能；结构局部进入弹塑性工作阶段。性能要求III：地震后可能产生较大破坏，但不应出现局部或整体倒毁，结构处于弹塑性工作阶段。中铁第四勘察设计院集团有限公司一、地下建筑抗震在相关规范中的规定一、地下建筑抗震在相关规范中的规定《城市轨道交通结构抗震设计规范（报批稿）》(GBXXXX-XXXX)《城市轨道交通结构抗震设计规范（报批稿）》第3.3.1条：抗震设计中地震反应的计算方法宜按表3.3.1采用。中铁第四勘察设计院集团有限公司表3.3.1地震反应计算方法结构构件抗震设防类别性能要求设计计算方法高架区间结构特殊设防类I线性反应谱方法II非线性时程分析方法重点设防类、

标准设防类I线性反应谱方法II振动特性简单的结构：弹塑性反应谱方法III振动特性复杂的结构：非线性时程分析方法高架车站结构重点设防类、

标准设防类I线性反应谱方法II振动特性简单的结构：弹塑性反应谱方法III振动特性复杂的结构：非线性时程分析方法地下车站结构特殊设防类I反应位移法

反应加速度法

弹性时程分析方法需要考虑土层非线性时应采用非线性分析方法重点设防类、

标准设防类I（E2地震）反应位移法

反应加速度法II（E3地震）反应加速度法

非线性时程分析方法区间隧道结构重点设防类I反应位移法

反应加速度法II反应加速度法

非线性时程分析方法一、地下建筑抗震在相关规范中的规定《城市轨道交通结构抗震设计规范（报批稿）》(GBXXXX-XXXX)《城市轨道交通结构抗震设计规范（报批稿）》第10.1.1条：隧道与地下车站结构的抗震设计流程图宜按图10.1.1进行。中铁第四勘察设计院集团有限公司一、地下建筑抗震在相关规范中的规定《城市轨道交通结构抗震设计规范（报批稿）》(GBXXXX-XXXX)第10.1.2条：遇有下述情况时，尚应按本规范第6.10节进行动力时程分析：1地下结构纵向的断面变化较大或在横向有结构连接；2地质条件沿地下结构纵向变化较大，软硬不均；3隧道线路存在小半径曲线。中铁第四勘察设计院集团有限公司《地下铁道建筑结构抗震设计规范》（上海规范）(DG/TJ08-2064-2009)第3.6.1条：地铁建筑结构应进行设防烈度作用下的内力和变形分析，并假定结构和构件处于弹性工作状态。第3.6.2条：进行设防烈度作用下的内力和弹性变形分析时，可根据结构特点采用弹性时程分析法，等代地震荷载法或反应位移法计算。第3.6.3条：进行罕遇地震作用下的内力和弹塑性变形分析时，可根据结构特点采用弹塑性时程分析法，或简化方法计算结构的弹塑性变形。中铁第四勘察设计院集团有限公司一、地下建筑抗震在相关规范中的规定结论：中铁第四勘察设计院集团有限公司一、地下建筑抗震在相关规范中的规定结构构件地震等级设计计算方法验算指标地下标准车站E2地震作用（设防地震）反应位移法截面承载力验算、

变形验算（弹性层间位移）E3地震作用（罕遇地震）弹塑性时程分析法、

简化方法（反应位移法+增大系数）变形验算（弹塑性层间位移）地下换乘站、地质条件复杂E2地震作用（设防地震）弹性时程分析法截面承载力验算、

变形验算（弹性层间位移）E3地震作用（罕遇地震）弹塑性时程分析法变形验算（弹塑性层间位移）1）基本原理

反应位移法假设地下结构地震反应的计算可简化为平面应变问题，其在地震时的反应加速度、速度及位移等与周围地层保持一致。因天然地层在不同深度上反应位移不用，地下结构在不同的深度上必然产生位移差。将该位移差以强制位移形式施加在地下结构上，并将其与其他工况的荷载进行组合，则可由按静力问题进行计算，来得到地下结构在地震作用下的动内力和合内力。

反应位移法是一种静力法。

二、反应位移法中铁第四勘察设计院集团有限公司2）计算荷载及其组合：A、地震作用（土层相对位移、结构惯性力和结构周围剪力作用）；B、非地震作用（土压、水压、自重等）取值、分类应按《地铁设计规范》执行；C、抗震设计荷载组合应按《建筑抗震设计规范》规定执行。

二、反应位移法中铁第四勘察设计院集团有限公司序号

荷载组合验算工况重力荷载代表值偶然荷载永久荷载可变荷载地震荷载人防荷载1抗震荷载作用下构件强度验算1.20.61.32抗震荷载作用下结构变形验算1.00.51.03）地震作用计算方法：1、未对工程场地进行地震安全性评价时，计算方法可参照《城市轨道交通结构抗震设计规范》（报批稿）中的相关规定。2、已对工程场地进行地震安全性评价的：A、可采用日本相关资料（如：《停车场设计·施工指针同解说》、《大规模地下构造物の耐震设计法》）中的计算方法。B、地震波反演软件EERA。

二、反应位移法中铁第四勘察设计院集团有限公司二、反应位移法1、《城市轨道交通结构抗震设计规范》（报批稿）中的计算方法：1）土层相对位移：式中u

(z)：地震时场地深度z处土层的水平位移；

umax

：场地地表最大位移，取值按本规范规定；

H

：设计地震作用基准面的深度。土层变位产生的荷载：式中p

(z)：场地深度z处地震时单位面积上的土压力；

kh

：地震时单位面积上的水平地基弹簧系数；

z

：地下结构上任一点至地表面的距离；

zB

：地下结构底板距地表面距离。中铁第四勘察设计院集团有限公司二、反应位移法1、《城市轨道交通结构抗震设计规范》（报批稿）中的计算方法：地基弹簧刚度：式中k：压缩或剪切地基弹簧刚度；

K

：基床系数；L：垂直于结构横向的计算长度；

d：土层沿隧道与地下车站纵向的计算长度。2）结构惯性力：

式中fi：结构i单元上作用的惯性力；

mi

：结构i单位的质量；üi

：地下结构顶底板位置处自由土层发生最大相对位移时刻，

自由土层对应于结构i单元位置处的加速度。中铁第四勘察设计院集团有限公司二、反应位移法1、《城市轨道交通结构抗震设计规范》（报批稿）中的计算方法：3）结构周围剪力：顶、底板处的剪力：

式中Gd

：地层动剪切模量；z：顶板、底板埋深；矩形结构侧墙上的剪力：

式中τu：顶板处的剪力；

τb：底板处的剪力；中铁第四勘察设计院集团有限公司二、反应位移法2、日本相关资料中的计算方法：1）土层相对位移：式中ua(z)：距地表面z处地层的水平位移幅值；

Su

：震动基准面的速度反应谱；

Ts

：地层的固有周期；

H

：地表面至震动基准面深度。土层变位产生的荷载：式中p

(z)：场地深度z处地震时单位面积上的土压力；

kh

：地震时单位面积上的水平地基弹簧系数；

z

：地下结构上任一点至地表面的距离；

zB

：地下结构底板距地表面距离。中铁第四勘察设计院集团有限公司二、反应位移法2、日本相关资料中的计算方法：地基弹簧刚度：《日本铁道标准》对地基弹簧刚度给出了直接计算公式：a.竖直方向地基弹簧刚度：

Kv=2.0EDBV-1/2(砂质土)Kv=1.2EDBV-1(粘性土)Kv=1.58EDBV-3/4(砂质土、粘性土互层)式中

KV：竖直方向地基弹簧刚度（kN/m3）

ED：土体的变形系（kN/m2）

Bv：底板宽度（m）b.水平方向地基弹簧刚度：KH=1.58EDBH-3/4(砂质土、粘性土互层)式中

KH：竖直方向地基弹簧刚度（kN/m3）

ED：土体的变形系数（kN/m2）

Bv：侧墙高度（m）c.顶底板土体剪切弹簧刚度：KSB

=Kv/3d.侧墙土体剪切弹簧刚度：KSS=KH/3式中土体的变形系数：ED=2（1+ν）Gν：土体泊松比

G：土体的动剪切刚度（一维土层地震反应分析得到）中铁第四勘察设计院集团有限公司二、反应位移法2、日本相关资料中的计算方法：2）结构地震时的惯性力：

（将位移对时间求两次导）3）结构周围剪力：顶、底板处的剪力：

式中Gd

：地层动剪切模量；z：顶板、底板埋深；矩形结构侧墙上的剪力：中铁第四勘察设计院集团有限公司二、反应位移法3、地震波反演软件EERA：1）土层相对位移：利用EERA进行一维地震反应分析得到各土层的位移。土层变位产生的荷载：式中p

(z)：场地深度z处地震时单位面积上的土压力；

kh

：地震时单位面积上的水平地基弹簧系数；

z

：地下结构上任一点至地表面的距离；

zB

：地下结构底板距地表面距离。中铁第四勘察设计院集团有限公司二、反应位移法3、地震波反演软件EERA：地基弹簧刚度：式中k：压缩或剪切地基弹簧刚度；

K

：基床系数；L：垂直于结构横向的计算长度；

d：土层沿隧道与地下车站纵向的计算长度。2）结构惯性力：

式中fi：结构i单元上作用的惯性力；

mi

：结构i单位的质量；ai

：地震时结构i单元处最大的加速度。中铁第四勘察设计院集团有限公司二、反应位移法3、地震波反演软件EERA：3）结构周围剪力：顶、底板处的剪力：结构上下表面的土层剪力可由自由场土层地震反应分析来获得，等于地震作用下结构周围自由土层相应于结构上下表面处的剪力。矩形结构侧墙上的剪力：

可近似采用公式：

式中τu：顶板处的剪力；

τb：底板处的剪力；或者将对应的结构单元各处土体的剪应力加权平均。中铁第四勘察设计院集团有限公司三、地震波反演软件EERA简介：

EERA是整合在Excel中的一个调用SHAKE或SHAKE91的程序，由美国加州大学土木工程学院的J.P.BARDET,K.ICHII,C.H.LIN制作。………………Excel里面嵌入的一个宏，输入一些数据，输出一些数据。中铁第四勘察设计院集团有限公司其他的，不知道EERA需要的信息计算前需要的信息3、地震动加速度时程安评报告单位提供1、车站结构尺寸确定顶板、底板的位置

2、车站土层信息确定地震基准面中铁第四勘察设计院集团有限公司EERA计算前数据的处理1、确定地震基准面根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第4.1.4条、《城市轨道交通结构抗震设计规范（报批稿）》第4.2.3条规定:一般情况下：场地覆盖层厚度一般应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500m/s的土层顶面的距离确定。其他情况，见上述规范中条文。中铁第四勘察设计院集团有限公司EERA计算前数据的处理2、对土层进行分层

一维地震反应分析应根据地基土分层及车站结构位置综合考虑。实际操作中总结分层的三个原则：（1）原有地基土层的分界保留；

（2）结构顶板、底板处必须划分出土层，并且尽量分别划分两层；（3）结构底板以上，划分的土层厚度尽量在0.5m-1.0m之间，底板以下可以粗糙点。

实例见文件夹1。中铁第四勘察设计院集团有限公司EERA计算前数据的处理3、地震动加速度时程数据

对地震动加速度时程数据进行处理，获得想要的数据格式：

（1）将多行多列的数据