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  • ISSN 0258-2724
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黄土地层浅埋地铁车站结构地震易损性分析

孙纬宇 朱辉 严松宏 梁庆国 张建哲 杨斌 张戎令

陈维荣, 胡斌彬, 李奇, 燕雨, 孟翔. 基于动态规划的混合动力有轨电车能量管理方法[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(5): 903-911. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180470
引用本文: 孙纬宇, 朱辉, 严松宏, 梁庆国, 张建哲, 杨斌, 张戎令. 黄土地层浅埋地铁车站结构地震易损性分析[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20230597
CHEN Weirong, HU Binbin, LI Qi, YAN Yu, MENG Xiang. Energy Management Method for Hybrid Electric Tram Based on Dynamic Programming Algorithm[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(5): 903-911. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180470
Citation: SUN Weiyu, ZHU Hui, YAN Songhong, LIANG Qingguo, ZHANG Jianzhe, YANG Bin, ZHANG Rongling. Seismic Fragility Analysis of Shallow-Buried Subway Station Structure in Loess Strata[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20230597

黄土地层浅埋地铁车站结构地震易损性分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20230597
基金项目: 国家自然科学基金项目(52208392,52068044,52168058);中国博士后科学基金项目(2021M693843);甘肃省自然科学基金项目(21JR7RA309);中国国家铁路集团有限公司科技计划开发计划(K2021G025)
详细信息
    作者简介:

    孙纬宇(1988—),男,副教授,博士,研究方向为岩土与地下工程,E-mail:448221362@qq.com

  • 中图分类号: TU435;U25

Seismic Fragility Analysis of Shallow-Buried Subway Station Structure in Loess Strata

  • 摘要:

    为研究黄土场地地铁车站的地震易损性,以黄土地区某典型两层三跨地铁车站结构为例,基于黏弹性边界的地震动输入方法对该地铁车站结构进行增量动力分析(IDA),对37个地震动强度指标的有效性、实用性和效益性进行综合评价,选出适合该场地条件和车站结构断面形式的地震动强度指标,并采用双参数对数正态分布模型建立该地铁车站结构的地震易损性曲线和破坏状态概率曲线,以此得到该地铁车站结构在某一强度地震作用下各性能水准的超越概率和发生不同破坏状态的概率. 结果表明:加速度、速度相关型指标更适合作为地震动强度指标来预测地下结构的地震响应,位移相关型以及比值型指标不宜作为地震动强度指标;多遇地震作用下车站结构发生破坏的概率较小,设防地震作用下车站结构以轻微破坏为主,罕遇地震作用下车站结构以轻微破坏和中等破坏为主. 研究结果可为黄土地层基于性能的地铁车站的抗震设计提供参考.

     

  • 图 1  基于IDA方法的地下结构地震易损性分析流程

    Figure 1.  Seismic fragility analysis of underground structures based on IDA method

    图 2  土-地铁车站结构相互作用有限元模型(单位:m)

    Figure 2.  Finite element model of soil-subway station structure interaction (unit: m)

    图 3  黏弹性人工边界等效节点荷载

    Figure 3.  Equivalent nodal loads in viscoelastic artificial boundary

    图 4  弹性半空间有限元模型(单位:m)

    Figure 4.  Elastic half-space finite element model (unit: m)

    图 5  入射波位移时程曲线

    Figure 5.  Displacement-time history curve of incident wave

    图 6  监测点处位移时程曲线

    Figure 6.  Displacement-time history curve at monitoring points

    图 7  地震动记录加速度反应谱

    Figure 7.  Acceleration response spectrum of ground motion records

    图 8  性能水准与破坏状态的关系

    Figure 8.  Relationship between performance level and damage state

    图 9  不同IIM指标的IDA结果线性回归分析

    Figure 9.  Linear regression analysis of IDA results ofifferent intensity measure (IIM) indices

    图 10  不同IIM指标的有效性βd

    Figure 10.  Effectiveness βdof different IIM indices

    图 11  不同IIM指标的实用性b对比

    Figure 11.  Practicality b of different IIM indices

    图 12  不同IIM指标的效益性ζ对比

    Figure 12.  Benefit ζcomparison of different IIM indices

    图 13  地铁车站结构地震易损性曲线

    Figure 13.  Seismic fragility curves of subway station structure

    图 14  地铁车站结构破坏状态概率曲线

    Figure 14.  Damage state probability curves of subway station structure

    表  1  主要计算参数

    Table  1.   Main calculation parameters

    材料 密度/(kg·m−3 弹性模量/GPa 泊松比 黏聚力/kPa 内摩擦角/(°)
    土体 1 650 0.07 0.30 0.03 22
    墙、板 2 500 32.50 0.20 2.50 55
    中柱(折减) 329 4.14 0.20 2.50 55
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    表  2  不同性能水准功能描述及损伤限值标定

    Table  2.   Function description and damage limit calibration for different performance levels

    性能水准 功能状态 θmax 限值/%
    LS1  结构抗震关键构件基本完好,设备功能完好,可以正常运行 0.21
    LS2  结构抗震关键构件发生中等损伤,设备功能整体正常,经修复后可以正常使用 0.46
    LS3  结构抗震关键构件发生不可修复的严重破坏,设备功能失常,可保证安全 0.72
    LS4  结构功能完全丧失,结构强度和刚度基本退化,可能发生倒塌 1.00
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    表  3  地震动强度指标选择

    Table  3.   Selection of seismic intensity indices

    类型 编号 名称 定义
    加速度相关型1地表峰值加速度PPGA=max|a(t)|
    2加速度谱强度AASI=0.50.1Sa(T,ξ)dT
    3加速度平方积分Ea=tmax0a2(t)dt
    4根平方加速度Ars=tmax0a2(t)dt
    5Housner 加速度强度Pa=1tdt2t1a2(t)dt
    6Housner 均方根加速度Arms=1tdt2t1a2(t)dt
    7地震动均方根加速度arms=1tmaxtmax0a2(t)dt
    速度相关型8累计绝对速度CCAV=tmax0|a(t)|dt
    9谱加速度峰值PPSA=maxSa(T,ξ=0.05)
    10Arias 强度AAI=π2gtmax0a2(t)dt
    11修正的 Arias 强度IAM=AAI/n20
    12特征强度Ic=A1.5rmst0.5d
    13复合加速度Ia=PPGAt1/3d
    14Faifar 强度If=PPGVt0.25d
    15地表峰值速度PPGV=max|v(t)|
    16速度谱强度VVSI=2.50.1Sv(T,ξ)dT
    17速度平方积分Ev=tmax0v2(t)dt
    18根平方速度Vrs=tmax0v2(t)dt
    位移相关型19Housner 速度强度Pv=1tdt2t1v2(t)dt
    20Housner 均方根速度Vrms=1tdt2t1v2(t)dt
    21地震动均方根速度vrms=1tmaxtmax0v2(t)dt
    22累计绝对位移CCAD=tmax0|v(t)|dt
    23谱速度峰值PPSV=max(Sv(T,ξ=0.05))
    24Housner 强度SSI=2.50.1PPSV(T,ξ=0.05)dT
    25复合速度Iv=P2/3PGVt1/3d
    26地表峰值位移PPGD=max|d(t)|
    27位移谱强度DDSI=4.02.5Sd(T,ξ)dT
    28位移平方积分Ed=tmax0d2(t)dt
    29根平方位移Drs=tmax0d2(t)dt
    30Housner 位移强度Pd=1tdt2t1d2(t)dt
    31Housner 均方根位移Drms=1tdt2t1d2(t)dt
    32地震动均方根位移drms=1tmaxtmax0d2(t)dt
    33累计绝对能量CCAI=tmax0|d(t)|dt
    34谱位移峰值PPSD=maxSd(T,ξ=0.05)
    35复合位移Id=PPSDt1/3d
    比值型36峰值速度与峰值加速度比值F1=PPGV/PPGA
    37峰值位移与峰值速度比值F2=PPGD/PPGV
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    表  4  不同频遇地震各性能水准超越概率

    Table  4.   Exceedance probability of each performance level for earthquakes with different frequencies

    地震频遇 设计基本加速度/(×g 超越概率/%
    PL1 PL2 PL3 PL4
    多遇地震 0.07 3.58 0.16 0.01 0.00
    设防地震 0.20 54.70 15.20 4.29 2.03
    罕遇地震 0.41 92.37 60.90 34.26 23.14
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    表  5  不同频遇地震各破坏状态出现概率

    Table  5.   Occurrence probability of each damage state in earthquake with different frequencies

    地震频遇 设计基本加速度(×g 出现概率/%
    DS1 DS2 DS3 DS4 DS5
    多遇地震 0.07 96.42 3.43 0.14 0.01 0
    设防地震 0.20 45.30 39.68 10.73 2.26 2.03
    罕遇地震 0.41 7.63 31.47 26.44 11.12 23.14
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-09
  • 修回日期:  2024-01-19
  • 网络出版日期:  2025-01-23

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