马晓飞
( 陕西省铁道及地下交通工程重点实验室( 中铁一 院) ,西安 710043)
摘 要 :全框支剪力墙结构因上部塔楼剪力墙完全不落地而存在竖向构件不连续、刚度突变、大底盘多塔等不规则 项 ,为综合有效评估此种超限结构的抗震性能 ,基于增量动力分析( IDA) 方法得到不同地震烈度下结构最大层间 位移角分布情况 ,并将结构性能水准划分 5 个等级 ,最终分析其地震易损性和损伤风险性 。研究结果表明 ,结构随 地震动峰值加速度(PGA) 增大逐渐屈服并最终倒塌 ,不同地震记录时结构 IDA 曲线具有明显离散性;结构在 7 度 多遇地震作用下处于正 常使用性能水准的概率为 97. 914% ,罕遇地震作用下结构倒塌的概率仅为 0. 053%;生命安 全和接近倒塌性能水准对应的 PGA 中位数分别为 1. 287g 和 1. 411g ,远高于预估罕遇地震PGA;结构正常使用、基 本可用、修复可用和接近倒塌性能水准 50 年超越概率分别为 4. 89%、1. 74%、0. 112% 和 0. 046% 。综上所述 ,结构 满足预设抗震性能目标 ,具有良好的抗震性能及抗倒塌能力。
关键词 :地铁; 车辆基地; TOD 开发; 全框支剪力墙; 地震易损性; 损伤风险; 增量动力分析; 抗震性能评估 中图分类号 :U231; TU375; TU973 文献标识码 :A DOI :10. 13238/j. issn. 1004-2954. 202201200008
引言
近年来 ,我国城市地铁工程建设飞速发展 ,地铁车 辆基地作为地铁工程产物因占地面积巨大而与日益紧 张的城市建设用地相矛盾[1] 。地铁车辆基地进行上 盖物业开发能够化解地铁交通方便与车辆基地占地面 积较大之 间 矛 盾 , 提 高 城 市 用 地 效 率、重 塑 用 地 空 间 [2] , 因此具有较高的经济性与开发价值。
地铁车辆基地上盖开发首层通常为层高较高的功 能用房 ,例如咽喉区、停车列检库等 ,层高一般为 8. 5 ~ 11 m ,检修库首层层高一般为 14 m 左右 。二层为上盖 开发小汽车库 ,层高一般为 6 m 。盖上为上盖物业开 发塔楼 ,开发业态常以住宅、商业及学校为主[3] 。受 盖下车辆基地行车限界及检修等功能限制 , 即使多数 剪力墙需通过框支梁进行转换 ,少数塔楼剪力墙落地 也将导致轨道间距增大而增加建设用地 。基于此 ,为 最大限度减小建设用地 ,可采用上部剪力墙完全不落 地 ,下部全为巨柱框支框架的结构形式 ,这样便形成一 种新的结构体系—全框支剪力墙结构体系 ,典型单塔 结构见图 1 。但此种结构体系存在竖向构件剪力墙不 连续、及其导致的层刚度突变、大底盘多塔等不规则 项 ,属超限结构 ,其失效机制、抗震性能等尚不明确。
国内外学者对部分框支剪力墙抗震性能、设计方 法等进行了充分研究[4-7] ,但对新型全框支剪力墙结 构的研究还较少 ,伍永胜和农兴中[8] 以广东萝岗车辆 基地为例阐述了全框支剪力墙结构框支柱、转换梁等 设计要点 。李标[9] 利用 Perform – 3D 软件对全框支剪 力墙结构体系适用条件及倒塌机制进行了初步研究 , 并基于弹塑性分析结果初步评估了其抗震性能 。欧阳 蓉等[10] 学者以某深圳地铁 TOD 开发全框支剪力墙结 构设计 1/20 缩尺模型并进行振动台试验研究 ,研究结 果表明 ,试件结果在小、中震时处于弹性受力状态 ,大 震时进入弹塑性受力状态且全框支层抗震性能良好。
综上所述 , 国内外对全框支剪力墙结构力学性能的研 究仍处于初步阶段 ,且超限设计、完善的抗震性能评估 仍为其研究重点。增量动力分析( Incremental Dynamic Analysis , 简 称“IDA”) 最早在 1977 年由 Bertero[11] 提出 , 目前已发 展成为工程结构基于性能的抗震理论框架重要组成部 分 ,其对不同结构体系的抗震性能评估结果被国内外 学者及各国权威防灾减灾研究部门所认可 。其基本原 理为基于动力弹塑性分析研究结构在同一条地震波不 同强度时地震响应[12] ,从而为结构易损性、损伤风险 性分析提供数据基础。本文基于 IDA 分析方法 ,首先对地铁车辆段上盖 开发全框支剪力墙结构进行地震易损性进行研究 ,得 到结构不同性能水准超越概率曲线 ;进而对其损伤风 险性进行分析 ,确定结构不同性能水准 50 年超越概 率 ,综合评估结构抗震性能。
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