地铁车站结构振动台模型试验的研究

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1、地铁车站结构振动台模型试验的研究【提要】：对地下铁道开展建立抗震设计方法的研究正逐渐得到人们的关注。本文通过分析地下结构振动台试验的现状和难点，在此基础上进行地铁车站结构振动台模型试验。利用振动台对地铁车站结构进行模型试验在国内尚属首次，试验工作的开展遇到许多困难，如模型箱的形式、模型土的配制方法及其动力特性、相似关系比的确定、传感器类型的选择与布置等。针对这些困难逐一开展了研究，并提出了解决方法，试验结果表明本文提出的试验方法行之有效。【关键词】：地下结构振动台试验模型试验地铁车站Abstract

2、:Tosetupan.asEismicdesignmethodanditsresearchforMetroprojecthasanyconcernsdaybyday.Thepaperbysofvibrationstandtestforundergroundstructure,istoestablishmodeltestofvibrationstandforMetrostationstructure.ItisthefirsttimeinthiscountrytomakemodeltestonMetro

3、stationstructureonvibrationstand,encounteringmuchdifficulty,suchastheoatternofmodelbox,modelsoilprescription,anditsdynamiccharacteristics,tosetupasimilarityratio,aselectionoftranspondersanditsarrangement.AStudyisgoingontotacklethemonebyone,resultingino

4、fferingrespectivesolutions.Thefindingssuggestthemethodproposedinthearticleiseffective.Keyodeltest,metrostation.1引言目前世界各国对地下结构的抗震设计开展的研究还较少，如在我国的《地下铁道设计规范》（GB50157-92）中，对地下铁道的抗震设计还无具体规定。阪神地震及历史上发生的大震一再表明，软土地基会增大地震作用的破坏程度。上海市区的软土地层厚达250~300m，其中，浅层普遍存在淤泥质

5、粘土、淤泥质粉质粘土，以及易于发生振动液化的粘质粉土、砂质粉土和粉砂层等，因此十分有必要结合软土地层的特点对地铁结构开展建立抗震设计理论的研究［1］。其间遇到的困难，首先是对地震作用下地铁车站结构与软土的动力相互作用的特点缺少感性认识，故有必要对软土地层中的地铁车站结构进行振动台模型试验［2］，依据试验结果对土结构动力相互作用的特点得出规律性认识，据以分辨可能产生震害的主导因素，以及建立分析理论和设计计算方法［3］。2地下结构振动台模型试验研究的现状土-结构相互作用的研究起始于20世纪30年代的后

6、期，主要研究地基与上部建筑物相互作用的问题。20世纪70年代，由于核电站、沉埋隧道、海洋平台等大型工程的兴建，以及计算技术的发展，土-结构相互作用的问题日益受到关注。在这类课题的研究过程中，为验证理论计算模型的合理性和分析土-结构动力相互作用的机制，振动台模型试验开始成为一种不可缺少的试验技术。试验研究主要集中在：砂土液化对结构的影响、土-桩的动力相互作用、土-土工结构的动力相互作用和土-地下结构的动力相互作用。K.Tokida(1993)等人利用振动台对不同截面形式、不同截面宽度和在易液化土层中埋

7、置深度不同的结构模型做了一系列振动台试验，研究结构形式及易液化层的厚度对土层液化程度和地下结构受力变形的影响。管道基本断面形状为矩形，宽度分别为150cm和75cm，高度和长度均为150mm和590mm。结构模型用铝板制作。模型箱长、宽、高分别为1800mm、600mm和1100mm。模型土由易液化和不易液化的两种土层组成，上部为易液化层，底部为不易液化层，材料均为洁净的Toyoura砂，通过调整其密实度模拟易液化和不易液化的特性。管道埋置在易液化土层中，两端与模型箱的壁面间设有厚5mm的软海绵，以

8、减小结构模型和砂箱边界间的摩擦阻力。日本建设省建筑研究所进行了建筑物-桩-地基系统的振动台模型试验［5］，模型比例为1/30。基础和桩满足几何相似条件，建筑物模型则只考虑基本自振频率和质量的相似。为便于调节剪切波速，采用丙烯和胶状粘土制作模型土。在模型土四周添置饱和氨基甲酸脂，用以减少边界效应的影响。太平洋地震工程研究中心在1997年、1998年做了一系列振动台试验研究土-桩-上部结构共同作用问题［6］。桩基础模型的比例为1:8，用铝合金制作。模型土由一定比例的高岭土