黄土场地地铁车站模型振动台试验设计与分析

作     者：马蓬渤 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王毅红

授予年度：2016年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：振动台试验 试验方案设计 缩尺模型试验 地铁车站 实体建模 

摘      要：随着我国城镇化水平的不断提升,城市交通的拥挤状况也在不断加剧。为缓解这一现象,我国大多数一、二线城市开始大规模规划和建设地铁。西安作为其中之一规划了十余条地铁线路,但西安大多数地铁车站修建于黄土场地且位于8度设防区,地铁车站结构一旦遭遇地震破坏,对整个城市的生产和生活带来不便。已有震害表明,地铁车站破坏后不仅修复困难而且代价很大。因此,开展黄土场地地铁地下车站的振动台试验和研究对后续黄土地区地铁车站的抗震设计和研究意义非凡。本文针对黄土场地条件下的地铁地下车站开展振动台试验方案设计并对其合理性进行验证,主要研究工作包括以下几个方面:(1)通过查阅大量有关地下结构方面的振动台试验研究文献,总结了各种振动台试验及其方法的优缺点。针对本次试验内容选择满足要求的振动台、剪切模型土箱和各种测试元件等。(2)设计适合西安典型黄土地区振动台试验方案,主要设计及研究内容包括:通过确定长度相似比、材料相似比和密度相似比进一步设计整个试验过程中各参数的相似比;对比常用的承载力相似和等面积配筋率相等两种配筋方案优缺点,最终确定适合本次试验的配筋方案;采用微型模具进行车站模型的制作;采用欠人工质量模型进行配重的计算与布置;对比选择适合西安黄土场地条件的天然地震波和人工合成地震波;进行地震响应测点布置优化研究。(3)通过ABAQUS软件模拟试验模型在8度设防中震作用下结构的受力特征,计算方法采用《城市轨道交通抗震设计规范》(GB 50909-2014)中的反应位移法。为还原真实的试验状况,本文采用三维实体单元建立分析模型,而非规范推荐的梁单元分析模型。模拟结果与试验中西安人工波0.2g工况下测的数据进行对比;同时对比试验中地铁车站结构的破坏特点与实际工程中地铁车站的震害特征。从这两方面验证试验方案的合理性和可行性。