黃土地區(qū)設(shè)誘導(dǎo)縫地鐵車站地震響應(yīng)特性研究

摘要：

誘導(dǎo)縫已在我國地鐵車站建設(shè)中廣泛應(yīng)用，但其地震響應(yīng)規(guī)律尚不明確。以西安黃土地區(qū)地鐵車站建設(shè)為背景，在前期研究基礎(chǔ)上建立黃土場地-設(shè)誘導(dǎo)縫地鐵車站動力相互作用三維數(shù)值模型，研究不同頻譜特性及不同峰值加速度地震波作用下黃土場地中設(shè)誘導(dǎo)縫地鐵車站的加速度響應(yīng)和損傷演化過程。結(jié)果表明：（1）誘導(dǎo)縫同側(cè)結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)基本一致，但其兩側(cè)結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)有顯著差異，質(zhì)量較大一側(cè)結(jié)構(gòu)的峰值加速度較大;隨著地震強度增大，土-結(jié)構(gòu)動力相互作用更劇烈，地鐵車站結(jié)構(gòu)損傷程度不斷加深，損傷范圍逐漸擴大，且在低頻成分豐富的地震波作用下其結(jié)構(gòu)損傷更加嚴重;（2）誘導(dǎo)縫斷面處結(jié)構(gòu)損傷面積相對較大，容易出現(xiàn)局部破壞。研究結(jié)果將為黃土地區(qū)地鐵＼，地下結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫的地震響應(yīng)進一步研究和工程設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：

黃土地區(qū); 誘導(dǎo)縫; 地鐵車站; 地震損傷; 數(shù)值模擬

中圖分類號： P315.9""""" 文獻標(biāo)志碼：A"" 文章編號： 1000-0844（2025）01-0091-13

DOI：10.20000/j.1000-0844.20220915003

Seismic response characteristics of subway stations

with induced joints in loess area

QUAN Dengzhou， CHAI Shaobo， WANG Yuling， BU Yonghong， WANG Yihong

（School of Civil Engineering， Chang'an University， Xi'an 710061， Shaanxi， China）

Abstract：

Induced joints have been widely used in subway stations in China， but their seismic response law remains unclear. Based on the previous research， a three-dimensional numerical model of subway stations with induced joints in the loess site was established to study the acceleration response and damage evolution process of the structure under different spectral characteristics and different seismic waves. The results show that the acceleration responses of the structure on the same side of the induced joint are the same. However， those on both sides of the induced joint are notably different， and the peak acceleration on the side with a larger mass is also larger. With the increase in earthquake intensity， the soil-structure dynamic interaction is highly intense. Therefore， the damage degree of subway station structures is deepening， and the damage range is gradually expanding. Moreover， the structural damage is serious under the action of low-frequency seismic waves. Meanwhile， the structural damage area at the induced joint section is relatively large， where local damage easily occurs. The results can provide a reference for the further study and engineering design of subway stations with induced joints in the loess area.

Keywords：

loess area; induced joints; subway station; seismic damage; numerical simulation

0 引言

我國城市軌道交通正處于快速發(fā)展的重要時期，目前修建的地鐵車站縱向長度較大，通常達120～300 m。為避免因溫度應(yīng)力、混凝土收縮、徐變及地基不均勻沉降等引起地鐵車站結(jié)構(gòu)發(fā)生無序開裂，需沿結(jié)構(gòu)縱向間隔一定距離在橫截面處設(shè)置誘導(dǎo)縫。在誘導(dǎo)縫處截斷部分縱向鋼筋且其兩側(cè)混凝土分期澆筑，降低截面剛度，使橫向裂縫集中出現(xiàn)在該處以釋放結(jié)構(gòu)縱向內(nèi)力，實現(xiàn)裂而不漏［1］，如圖1所示。我國地鐵車站中已廣泛應(yīng)用誘導(dǎo)縫，但其地震響應(yīng)規(guī)律尚不明確，抗震設(shè)計缺乏依據(jù)。

隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，大尺度、精細化與非線性的數(shù)值仿真分析技術(shù)（數(shù)值模擬）在地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震研究中逐漸凸顯出便捷性、經(jīng)濟性等優(yōu)勢。Conti等［2］和Abate等［3］針對砂土地基中隧道結(jié)構(gòu)離心機振動臺試驗進行了數(shù)值模擬，研究表明數(shù)值模擬與模型試驗的加速度反應(yīng)較吻合，而結(jié)構(gòu)動內(nèi)力存在一定差異。有學(xué)者［4-6］開發(fā)了可反映土體非線性動力特征的本構(gòu)模型，系統(tǒng)地研究了軟土層厚度、可液化地基、結(jié)構(gòu)埋深及近、遠場地震動等對地鐵地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響。也有學(xué)者［7-9］建立SV波傾斜輸入三維數(shù)值模型，揭示了地震波斜入射條件下大型地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的空間效應(yīng)與永久變形規(guī)律。Kampas等［10］研究了隧道襯砌建模方法對粗粒土中噴射混凝土隧道地震反應(yīng)的影響。Keykhosropour等［11］針對砂土中深埋地下柔性結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)開展數(shù)值分析，揭示了土體內(nèi)摩擦角、黏聚力和結(jié)構(gòu)剛度對地震土壓力及墻體變形的影響規(guī)律。還有學(xué)者基于數(shù)值方法探索“地鐵車站-土體-鄰近高層建筑”系統(tǒng)的動力相互作用，研究地鐵車站對地震反應(yīng)特性的影響［12］。

國內(nèi)外學(xué)者在地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震研究領(lǐng)域取得了豐富成果，然而，針對地鐵車站誘導(dǎo)縫地震響應(yīng)的相關(guān)研究鮮有報道。地鐵車站結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫處截面剛度較小，在地震作用下可能最先破壞，進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體破壞，極易引起軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大水平相對滑動、豎向相對錯動及折轉(zhuǎn)角等，從而危及行車安全。本文以西安黃土地區(qū)地鐵建設(shè)為背景，建立黃土場地-設(shè)誘導(dǎo)縫地鐵車站動力相互作用三維數(shù)值模型，研究黃土場地條件下設(shè)誘導(dǎo)縫地鐵車站的地震響應(yīng)規(guī)律，以期為黃土地區(qū)地鐵地下結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫的地震響應(yīng)進一步研究和工程設(shè)計提供重要參考。

1 計算模型

本文研究團隊前期已開展過黃土場地條件下考慮土-結(jié)動力相互作用的地鐵車站地震模擬振動臺試驗，揭示了黃土場地及地鐵車站的地震響應(yīng)規(guī)律與震害特征;并通過數(shù)值模擬與振動臺試驗的對比研究，驗證了數(shù)值建模技術(shù)與分析方法在黃土地區(qū)地鐵車站地震動力反應(yīng)分析中的可靠性［13］。在前期工作基礎(chǔ)上，開展黃土地區(qū)設(shè)誘導(dǎo)縫地鐵車站地震響應(yīng)研究，需建立原型結(jié)構(gòu)數(shù)值計算模型。本文針對建模過程中的關(guān)鍵問題進行詳細分析。

1.1 計算范圍

本文以西安地鐵飛天路車站為研究對象。該車站為兩層雙跨箱型斷面結(jié)構(gòu)，如圖2（a）所示。基于ABAQUS建立數(shù)值模型時，需按照原型確定模型結(jié)構(gòu)尺寸。模型縱向長度取地鐵車站相鄰兩條誘導(dǎo)縫的間距21 m;誘導(dǎo)縫設(shè)置在柱間1/3橫斷面處，該斷面處截斷2/3的縱向鋼筋，保留1/3的縱向鋼筋貫穿地鐵車站全長;底板誘導(dǎo)縫處設(shè)置鍵槽以增加兩側(cè)結(jié)構(gòu)的咬合作用，如圖2（b）所示。考慮規(guī)范［14］

要求和計算時間成本，確定本文模型地基寬度為134.4 m，深度為70 m，縱向長度與模型結(jié)構(gòu)保持一致。

1.2 本構(gòu)模型與材料參數(shù)

等效線性模型在水平成層場地地震反應(yīng)分析中較為精確。飛天路車站周圍黃土呈水平分布，本文采用等效線性模型模擬黃土場地的非線性動力特征，其組成及力學(xué)參數(shù)如表1所列;使用混凝土塑性損傷（Concrete Damaged Plasticity，CDP）模型模擬飛天路車站結(jié)構(gòu)混凝土的動力損傷演化過程，模型參數(shù)如表2所列;黃土與結(jié)構(gòu)之間動力接觸采用主從接觸面對模擬，接觸摩擦系數(shù)取0.4。考慮到復(fù)雜地鐵車站誘導(dǎo)縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)質(zhì)量存在差異的不利情況，將誘導(dǎo)縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)密度比設(shè)定為1∶3。采用理想彈塑性模型模擬飛天路車站結(jié)構(gòu)中鋼筋的受力變形特性，鋼筋彈性模量取2×1011 Pa，泊松比取0.3，屈服極限取2.1×108 Pa。在保證計算精度的同時，為了降低計算時間成本，模型結(jié)構(gòu)采用全積分單元C3D8，模型地基采用縮減積分單元C3D8R，模型鋼筋采用三維桁架單元T3D2。

1.3 人工邊界條件及地震波輸入

在土-結(jié)構(gòu)體系整體動力時程分析方法中，通常人為地引入一個虛擬邊界，以實現(xiàn)從無限介質(zhì)中切取出有限尺寸的近場計算區(qū)，這個虛擬邊界稱為人工邊界。杜修力等［15］基于無限介質(zhì)線彈性本構(gòu)建立的應(yīng)力型黏彈性人工邊界分析精度較高，因此，本文選用基于無限介質(zhì)線彈性本構(gòu)的應(yīng)力型黏彈性人工邊界（簡稱黏彈性人工邊界）。黏彈性人工邊界結(jié)點上彈簧剛度參數(shù)Ki、阻尼器參數(shù)Ci（i=1，2，3）可按下式確定：

K1=K2=11+a·GR∑Ii=1Ai （1）

K3=11+a·λ+2GR∑Ii=1Ai （2）

C1=C2=bρCs∑Ii=1Ai，C3=bρCp∑Ii=1Ai （3）

式中：R為近場區(qū)域幾何中心到該人工邊界點所在土層邊界面的距離;G、ρ、λ分別為介質(zhì)的剪切模量、密度及拉梅常數(shù);CP和CS分別為P波和S波波速;無量綱參數(shù)a表示平面波、散射波的含量比，無量綱參數(shù)b表示物理波速與視波速的關(guān)系，參數(shù)a、b的取值可通過一定量的數(shù)值試驗得到［15］;∑Ai為人工邊界上結(jié)點所代表的面積。

地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析的波動輸入法最早由劉晶波等［16］提出，在水平成層場地條件下可將輸入地震波轉(zhuǎn)化為等效地震荷載，直接作用于人工邊界上來實現(xiàn)波動輸入，計算模型如圖3所示。在波動輸入法的基礎(chǔ)上，杜修力等［17］給出避免計算自由場條件下的等效地震荷載計算方法，當(dāng)S波從人工邊界底部垂直入射時，等效地震荷載可按式（4）～（8）進行計算：

f-Zlx（t）=Al［Kτl·uS（t）+CτlS（t）+ρCSS（t）］（4）

f-Xlx（t）=Al［Knl·uS（t-Δt1）+CnlS（t-Δt1）+Knl·uS（t-Δt2）+CnlS（t-Δt2）］（5）

f-Ylx（t）=Al［Kτl·uS（t-Δt1）+CτlS（t-Δt1）+Kτl·uS（t-Δt2）+CτlS（t-Δt2）］（6）

f-Xlz（t）=Al·ρ·CS［S（t-Δt1）-S（t-Δt2）］（7）

f+Xlx（t）=f-Xlx（t），f+Ylx（t）=f-Ylx（t），f+Xlz（t）=-f-Xlz（t）（8）

式中：uS（t） 、CS分別為S波的位移時程、波速，ρ為介質(zhì)密度;Al為人工邊界面上l結(jié)點的影響面積;Δt1和Δt2分別為l結(jié)點處入射S波和地表反射S波的時間延遲，Δt1=l/CS，Δt2=（2L-l）/CS，其中L為底邊界到地表的距離，l為l結(jié)點到底邊界的距離;等效地震荷載的下標(biāo)代表結(jié)點號和分量方向，上標(biāo)代表結(jié)點所在人工邊界面的外法線方向，與坐標(biāo)軸方向一致為正，相反為負。

1.4 加載工況設(shè)計

根據(jù)西安地鐵飛天路車站工程場地特征，合成西安人工波作為輸入地震波。同時，由于地震波低頻成分對場地地震反應(yīng)影響顯著，為研究不同頻譜地震波對地鐵站黃土場地設(shè)誘導(dǎo)縫的地震響應(yīng)規(guī)律，選取低頻成分不同的松潘波和Taft波作為輸入地震波。輸入地震波加速度時程及傅里葉譜如圖4所示，分析

傅里葉譜發(fā)現(xiàn)，松潘波和西安人工波的低頻部分曲線更密集、豐滿，其低頻成分較Taft波更加豐富。為研究不同峰值加速度地震波作用下黃土場地設(shè)誘導(dǎo)縫地鐵車站的地震響應(yīng)規(guī)律，將原始地震波的峰值加速度分別調(diào)整至0.1g、0.2g、0.4g和0.6g輸入數(shù)值模型進行計算。本文模擬工況設(shè)計如表3所列。在動力計算前，采用GEOSTATIC模塊計算模型體系初始地應(yīng)力，使用單元生死操作模擬地鐵

車站施工過程，獲取施工完成后土-結(jié)構(gòu)體系應(yīng)力狀態(tài)作為動力分析步的初始應(yīng)力場。

1.5 觀測斷面和測試點位置

數(shù)值模型中X、Y和Z軸分別為結(jié)構(gòu)的寬度方向、縱向和豎向，坐標(biāo)系原點位于誘導(dǎo)縫所在斷面內(nèi)，如圖5（a）所示。以誘導(dǎo)縫斷面為分界，位于Y軸正方向結(jié)構(gòu)稱為+Y側(cè)結(jié)構(gòu)，Y軸負方向結(jié)構(gòu)稱為-Y側(cè)結(jié)構(gòu);將+Y側(cè)結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫斷面設(shè)置為1號觀測斷面，-Y側(cè)結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫斷面設(shè)置為2號觀測斷面，-Y側(cè)結(jié)構(gòu)中柱斷面設(shè)置為3號觀測斷面。在1號觀測斷面?zhèn)葔敳俊⒅胁亢偷撞糠謩e布置加速度測點YA1、YA2和YA3，2號觀測斷面相應(yīng)位置分別布置加速度測點YA4、YA5和YA6，3號觀測斷面相應(yīng)位置分別布置加速度測點YA7、YA8和YA9，如圖5（b）所示。

2 計算結(jié)果及分析

2.1 不同頻譜特性地震波作用下的地震響應(yīng)

（1） 地鐵車站結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)

在B1、B2和B4工況下，YA1測點的加速度時程及其傅里葉譜如圖6所示。由圖6可知，輸入不同頻譜特性地震波時，地鐵車站結(jié)構(gòu)加速度時程曲線形狀特征與輸入地震波波形相似，強震持時基本相同;不同頻譜特性地震波作用下地鐵車站結(jié)構(gòu)加速度時程對應(yīng)的傅里葉譜基本頻率接近，但基本頻率對應(yīng)的傅里葉幅值呈現(xiàn)出一定的差異，即松潘波和西安人工波作用下傅里葉幅值高于Taft波作用下相應(yīng)值，這可能是由于松潘波和西安人工波低頻成分更豐富，導(dǎo)致黃土-地鐵車站結(jié)構(gòu)體系動力響應(yīng)更加劇烈。

在B1工況下，1號觀測斷面不同高度測點YA1、YA2和YA3的加速度時程及傅里葉譜對比如圖7所示。由圖7可知，地鐵車站結(jié)構(gòu)不同高度處加速度時程曲線峰值出現(xiàn)的時刻相同，但頂板處峰值加速度明顯較大;此外加速度時程對應(yīng)的傅里葉譜基本頻率沿結(jié)構(gòu)由下往上逐漸減小，而基本頻率對應(yīng)傅里葉幅值逐漸增大。這是由于隨著高度增加土-結(jié)構(gòu)相互作用更加劇烈，土體非線性殘余變形顯著、地基剛度降低;同時結(jié)構(gòu)反應(yīng)劇烈、內(nèi)部損傷變形不斷積累并產(chǎn)生裂縫，固有頻率降低。因此，隨著結(jié)構(gòu)高度增加，測點基本頻率減小，其相對應(yīng)的傅里葉幅值增大。

在B1工況下，不同觀測斷面頂板高度處測點的加速度時程及傅里葉譜如圖8所示。對比1號和2號觀測斷面加速度時程曲線和傅里葉譜可知，加速度時程曲線峰值出現(xiàn)時刻相同，但2號觀測斷面頂板處峰值加速度明顯大于1號觀測斷面頂板處相應(yīng)值，且前者頂板處傅里葉譜基本頻率大于后者。這是由于-Y側(cè)結(jié)構(gòu)質(zhì)量相對較大，引起誘導(dǎo)縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)出現(xiàn)差異。對比2號和3號觀測斷面內(nèi)頂板高度處測點加速度時程曲線和傅里葉譜

發(fā)現(xiàn)，加速度時程曲線基本一致，相對應(yīng)的傅里葉譜也基本相同，表明誘導(dǎo)縫同一側(cè)結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)的差異較小。

在B1、B2和B4工況下，YA1～YA9測點的峰值加速度如表4所列。對比相同觀測斷面內(nèi)不同高度處各測點峰值加速度，發(fā)現(xiàn)各觀測斷面均表現(xiàn)出頂板處峰值加速度大于中板處、中板處峰值加速度略大于底板處的特征。對比1號和2號觀測斷面內(nèi)相同高度處各測點峰值加速度，發(fā)現(xiàn)+Y側(cè)結(jié)構(gòu)測點YA1、YA2和YA3的峰值加速度明顯小于-Y側(cè)結(jié)構(gòu)相應(yīng)高度處測點YA4、YA5和YA6的峰值加速度，這主要是由于誘導(dǎo)縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)質(zhì)量差引起的動力響應(yīng)差異，+Y側(cè)結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小，其峰值加速度亦相對較小。對比2號和3號觀測斷面內(nèi)相同高度處各測點峰值加速度，發(fā)現(xiàn)測點YA4、YA5、YA6分別與測點YA7、YA8、YA9的峰值加速度接近，表明誘導(dǎo)縫同一側(cè)結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)水平基本一致。對比不同頻譜特性地震波作用下各測點峰值加速度，發(fā)現(xiàn)除個別測點外均表現(xiàn)為松潘波和西安人工波作用下的峰值加速度較大，Taft波作用下的峰值加速度較相對較小。

在同一觀測斷面內(nèi)，以各測點峰值加速度與底部測點峰值加速度的比值為該測點的峰值加速度放大系數(shù)。在B1、B2和B4工況下，YA1～YA9測點的峰值加速度放大系數(shù)如表5所列。由表5可知，隨著測點高度的增加，各觀測斷面內(nèi)峰值加速度放大系數(shù)均逐漸增大，表明地震波從地鐵車站結(jié)構(gòu)底部向上傳播過程中產(chǎn)生明顯的加速度放大效應(yīng)。除個別測點外，相同高度處不同觀測斷面內(nèi)各測點的峰值加速度放大系數(shù)比較接近，故地鐵車站結(jié)構(gòu)縱向不同位置的加速度放大效應(yīng)無顯著差異;輸入不同頻譜特性地震波時，Taft波作用下各測點加速度放大系數(shù)均大于松潘波和西安人工波作用下的相應(yīng)值，表明Taft波作用下地鐵車站結(jié)構(gòu)加速度放大效應(yīng)更顯著。

（2） 地鐵車站動力損傷分析

在B1、B2和B4工況下，地鐵車站結(jié)構(gòu)最終狀態(tài)的受壓損傷如圖9所示。由圖9可知，不同頻譜特性地震波作用下，結(jié)構(gòu)受壓損傷分布位置基本一致，均在頂板、中板、底板與側(cè)墻連接處以及柱端出現(xiàn)較明顯的受壓損傷;但結(jié)構(gòu)受壓損傷程度存在一定差異，西安人工波作用下受壓損傷程度最大，松潘波作用下次之，Taft波作用下最小。B2工況下不同觀測斷面處結(jié)構(gòu)受壓損傷如圖10所示。由圖10可知，不同觀測斷面處結(jié)構(gòu)均在側(cè)墻與板構(gòu)件連接處發(fā)生受壓損傷;但與中柱斷面相比，誘導(dǎo)縫斷面?zhèn)葔εc板構(gòu)件連接處損傷區(qū)域面積較大，破壞更嚴重，且

頂板與側(cè)墻中間部分也出現(xiàn)局部損傷，表明誘導(dǎo)縫斷面更容易出現(xiàn)局部破壞。B1和B4工況下也有類似的特點。

在B1、B2和B4工況下，地鐵車站結(jié)構(gòu)最終狀態(tài)的受拉損傷如圖11所示。由圖11可知，不同頻譜特性地震波作用下結(jié)構(gòu)受拉損傷分布位置基本一致，均在頂板、中板、側(cè)墻以及柱端出現(xiàn)了大面積受拉損傷;但結(jié)構(gòu)受拉損傷程度有一定差異，西安人工波作用下受拉損傷程度最大，松潘波作用下次之，Taft波作用下最小。B2工況下不同觀測斷面處結(jié)構(gòu)受拉損傷如圖12所示。由圖12可知，不同觀測斷面處結(jié)構(gòu)均在側(cè)墻和頂板處發(fā)生大面積受拉損傷，且中板、底板與側(cè)墻連接處受拉損傷較嚴重;與中柱斷面相比，誘導(dǎo)縫斷面各構(gòu)件處的損傷區(qū)域面積較大，破壞更嚴重，表明誘導(dǎo)縫處更容易產(chǎn)生受拉裂縫。B1和B4工況下也有類似的特點。

2.2 不同峰值加速度地震波作用下的地震響應(yīng)

（1） 地鐵車站結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)

在B3、B4、B5和B6工況下，YA4測點的加速度時程及其傅里葉譜如圖13所示。輸入不同峰值加速度Taft波時，YA4測點加速度時程曲線形狀特征與輸入地震波波形相似，強震持時基本相同;隨著輸入地震波峰值加速度增大，YA4測點加速度時程對應(yīng)的傅里葉譜基本頻率逐漸減小，基本頻率對應(yīng)的傅里葉幅值逐漸增大。其余加速度測點的時程及其傅里葉譜呈現(xiàn)出的規(guī)律與YA4測點相同。

在B3、B4、B5和B6工況下，YA1～YA9測點的峰值加速度及峰值加速度放大系數(shù)如表6和表7所列。由表6可知，地鐵車站各測點的峰值加速度均隨輸入地震波峰值加速度的增加而增大。由表7可知，除個別工況外，各測點峰值加速度放大系數(shù)均隨輸入地震波峰值加速度的增大而增大，表明峰值加速度較大的地震波從地鐵車站結(jié)構(gòu)底部向上傳播過程中會產(chǎn)生更顯著的加速度放大效應(yīng)。

（2） 地鐵車站動力損傷分析

在B3、B4、B5和B6工況下，地鐵車站結(jié)構(gòu)最終狀態(tài)的受壓損傷如圖14所示，1號觀測斷面處結(jié)構(gòu)受壓損傷如圖15所示。由圖14可知，不同峰值加速

度地震波作用下，地鐵車站結(jié)構(gòu)受壓損傷分布位置基本一致，均在頂板、中板、底板與側(cè)墻連接處以及柱端出現(xiàn)較明顯的受壓損傷區(qū)域;且隨著地震波峰值加速度增大，混凝土受壓損傷程度增加，損傷范圍逐漸擴大。由圖15可知，隨著輸入地震波峰值加速度的增加，誘導(dǎo)縫斷面受壓損傷區(qū)域逐漸增大，構(gòu)件連接處破壞發(fā)展更加顯著;當(dāng)輸入地震波峰值加速度較大時，+Y側(cè)結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)縫斷面頂板中間段局部混凝土出現(xiàn)了受壓損傷，這可能與較大地震動作用下誘導(dǎo)縫斷面處頂層水平相對滑動更加顯著有關(guān)。

在B3、B4、B5和B6工況下，地鐵車站結(jié)構(gòu)最終狀態(tài)的受拉損傷如圖16所示，1號觀測斷面處結(jié)構(gòu)受拉損傷如圖17所示。由圖16可知，當(dāng)輸入地震波峰值加速度為0.1g時，在底板與側(cè)墻連接處產(chǎn)生了水平帶狀受拉損傷區(qū)域，頂板、中板與側(cè)墻連接處以及柱端處也出現(xiàn)輕微的受拉損傷;隨著輸入地震波峰值加速度的增大，結(jié)構(gòu)受拉損傷程度加深，損傷范圍逐漸擴大，頂板、中板、底板與側(cè)墻連接處受拉損傷帶更寬，柱端受拉損傷開始向中柱中部蔓延;當(dāng)輸入地震波峰值加速度為0.6g時，板構(gòu)件與側(cè)墻連接處以及中柱的受拉損傷區(qū)域更大，且板構(gòu)件跨中和側(cè)墻中部開始出現(xiàn)受拉裂縫。由圖17可知，隨著輸入地震波峰值加速度增大，誘導(dǎo)縫斷面受拉損傷顯著增加，側(cè)墻與板構(gòu)件的損傷區(qū)域面積不斷增大，構(gòu)件連接處破壞更嚴重。

3 結(jié)論與展望

本文采用ABAQUS非線性有限元軟件建立黃

土場地條件下設(shè)誘導(dǎo)縫地鐵車站地震響應(yīng)三維數(shù)值模型，研究不同頻譜特性及不同峰值加速度地震波作用下設(shè)誘導(dǎo)縫地鐵車站加速度反應(yīng)與結(jié)構(gòu)損傷分布，得到如下結(jié)論：

（1） 地鐵車站各測點的峰值加速度均隨著輸入地震動強度的增加而增大，且低頻成分豐富的地震波作用下結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)更加顯著;誘導(dǎo)縫同一側(cè)結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)基本一致，而誘導(dǎo)縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)有顯著差異，質(zhì)量較大側(cè)結(jié)構(gòu)的峰值加速度較大。

（2） 地震波從地鐵車站結(jié)構(gòu)底部向上傳播過程中產(chǎn)生明顯的加速度放大效應(yīng)，當(dāng)輸入地震波峰值加速度較大時，這種放大效應(yīng)更加顯著。

（3） 地震作用下地鐵車站結(jié)構(gòu)受壓損傷和受拉損傷分布基本一致，均在頂板、中板、底板與側(cè)墻連接處以及柱端出現(xiàn)較嚴重的損傷，且誘導(dǎo)縫斷面處結(jié)構(gòu)損傷區(qū)域面積相對較大，破壞更加嚴重，容易出現(xiàn)局部破壞。

（4） 隨著地震強度增大，黃土-地鐵車站體系動力響應(yīng)更加劇烈，地鐵車站結(jié)構(gòu)損傷程度不斷加深，損傷范圍逐漸擴大，且受拉損傷區(qū)域不斷向構(gòu)件中部蔓延，最終板構(gòu)件跨中及側(cè)墻中部均出現(xiàn)不同程度受拉裂縫;同時發(fā)現(xiàn)在低頻成分豐富的地震波作用下，結(jié)構(gòu)損傷更加嚴重。

（5） 本文僅考慮水平地震作用下設(shè)誘導(dǎo)縫地鐵車站的地震響應(yīng)，需結(jié)合豎向地震波對設(shè)誘導(dǎo)縫地鐵車站開展進一步的地震響應(yīng)分析。

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（本文編輯：任 棟）