7.7.1 抗震性能要求为Ⅰ时,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011进行结构构件的截面抗震验算。对需进行纵向验算的情况,尚应符合下列规定:
1 变形缝的变形量不应超过满足接缝防水材料水密性要求的允许值;
2 伸缩缝处轴向钢筋(螺栓)的位移应小于屈服位移;伸缩缝处的转角应小于屈服转角。
7.7.2 抗震性能要求为Ⅱ时,宜验算结构整体变形性能,且宜符合下列规定:
1 矩形断面结构应采用层间位移角作为指标,对钢筋混凝土结构层间位移角限值宜取1/250;
2 圆形断面结构应采用直径变形率作为指标,地震作用产生的直径变形率应小于规定的限值。
7.7.3 对重点设防类结构,当抗震性能要求为Ⅱ时,宜同时进行构件断面变形能力的验算。
条文说明
7.7 隧道与地下车站结构
7.7.1~7.7.3 根据本规范所提出的各种抗震设防水准下的设防性能目标,隧道与地下车站结构性能要求有Ⅰ、Ⅱ两个等级。限于当前地下结构抗震性能研究水平及有限的研究成果,目前地下车站结构的抗震验算仍主要参照地面建筑的抗震验算内容。
纵向抗震验算,应充分考虑隧道与地下车站和伸缩缝等连接部位的变形能力、极限承载力以及防水能力。伸缩缝等连接部位装置宜考虑材料和施工措施,在试验的基础上正确把握其变形性能和防水性能,进行合理的建模和参数设定。
纵向地震反应计算,应综合考虑纵向和横向水平向地震动耦联计算结果,对结构进行纵向和横向的验算。但由于两个方向地震动的耦联方式有待进一步深入研究,且两个方向地震反应最大值一般情况下不可能同时发生,因此,为简便起见,隧道结构纵向地震反应时的验算,可分别根据隧道结构纵向和横向水平方向地震动的结构反应进行抗震验算。考虑到隧道结构的轴向拉-压一般不会引起地震破坏,因此本规范仅规定对沿横向水平地震作用进行验算。
根据各国规范的规定、震害经验和试验研究结果及工程实例分析,比照地面建筑结构抗震规范,当前采用层间位移角衡量结构变形能力,作为判别是否满足建筑功能要求的指标是合理可行的。考虑到地下车站结构修复难度较大,尚应进行E3地震作用下的抗震变形验算,对于钢筋混凝土结构层间位移角限值宜取1/250,等价于可修水平。
圆形断面结构整体的验算指标的研究成果还未深入,日本提出过倾斜角、直径变形率等,但倾斜角主要考虑的是结构周边地基的剪切变形,因此其使用还不普遍;国内外应用较多的是直径变形率,现行国家标准《地铁设计规范》GB 50157和上海市现行地方标准《地下铁道建筑结构抗震设计规范》DG/TJ 08-2064-2009中都以其为验算指标;因此本规范认为直径变形率作为验算指标是可行的。现行国家标准《地铁设计规范》GB 50157的条文说明中,根据已有工程实践经验,给出了4‰~6‰倍的直径的限值,但这是施工荷载情况下的结果;上海市现行地方标准《地下铁道建筑结构抗震设计规范》DG/TJ 08-2064-2009规定,在相当于结构性能Ⅰ下直径变形率的最大值不超过按接缝防水材料安全使用确定的允许值;性能Ⅱ下的直径变形率的限值的取值还没有定论,参考现行国家标准《地铁设计规范》GB 50157,限值取为4‰~6‰倍的直径。
8.1.1 本章适用于梁式高架区间结构、高架车站结构中承受列车荷载的结构。
8.1.2 高架区间结构抗震设计应避免脆性破坏形式的发生。
8.1.4 可采用专门的消能减震设计。
条文说明
8.1 一般规定
8.1.1 从我国已建城市轨道交通结构的形式来看,梁式高架区间结构是高架区间结构的主要类型,其应用十分广泛。它由大量的简支、连续梁和一定数量的刚构桥等组成,构件材料往往采用钢筋混凝土、钢骨混凝土、钢管混凝土和钢材。故本规范主要是以这类梁式结构为研究对象进行阐述的,对于其他形式的高架区间结构(斜拉桥、悬索桥以及大跨度拱桥等)可参照本规范规定的抗震设计原则进行设计或做专门研究。
高架车站结构一般分为建筑结构与桥梁结构分离(简称:建-桥分离)和建筑结构与桥梁结构一体(简称:建-桥合一)两种。建-桥分离的高架车站结构,建筑部分与桥梁部分之间的力学联系弱,可分别独立进行抗震设计。桥梁部分按第8章的规定进行抗震设计,建筑部分按第9章进行抗震设计。建-桥合一的高架车站结构中,一部分结构主要承受轨道交通荷载,另外一部分结构主要承受人群荷载,二者之间有较强的力学联系。从受力分析的角度,不宜将二者分开进行抗震设计,但在目前我国的规范体系中,承受轨道交通荷载和承受人群荷载的结构应分别遵从不同的抗震设计规范,其协调性还缺乏讨论与研究。因此本规范建议对于承受轨道交通荷载的结构部分按本规范第8章的规定进行抗震验算与抗震构造措施的设计,其他结构部分按本规范第9章进行抗震验算与抗震构造措施的设计。但在地震反应计算中,仍建议采用一体化建模和分析。如果上述简化的处理方法导致了明显的不合理的结果,则应根据本规范规定的抗震设计原则进行专门的抗震研究。
8.1.2 地震中构件剪切破坏呈脆性破坏特征,易导致构件承载能力的急剧下降甚至丧失,震后结构物难以修复。以往的震害调查表明,钢筋混凝土墩柱的剪切破坏往往是桥梁倒塌的重要成因,因而抗震设计中,应通过验算和构造设计保证构件在地震中不发生剪切破坏。
8.1.3 根据本规范城市轨道交通结构抗震设防水准下的抗震设防目标和性能要求,通过常规设计,确保结构体系中的构件为延性构件,结构不发生脆性破坏。同时考虑到地震后结构物修复的难易程度,尽可能地保证结构局部发生破坏(即塑性铰),以缩短震后结构物修复时间和减少结构物修复费用。因此,选择在地震中预期出现的弯曲塑性铰的合理位置,保证结构能形成一个适当的塑性耗能机制,通过强度和延性设计,确保潜在塑性铰区域截面的结构性能是行之有效的方法之一。
大量桥梁震害调查案例显示,桥梁墩柱是地震引起桥梁破坏的主要构件,因此将桥梁结构的主要塑性变形区预设在桥梁墩柱上(图14)是合理的选择。这一做法也符合常规荷载下桥梁合理体系设计的一般概念。因此将塑性铰预设在桥梁墩柱上成为桥梁抗震延性设计的普遍共识。对于延性差的墙式桥墩等情形,在保证基础的整体稳定性的前提下,可以考虑将塑性变形区设置在桩顶处。
图14 梁式桥墩柱塑性铰区域
1-塑性铰区
8.1.4 减震消能技术已经日益发展成熟,并获得了越来越多的应用,一些情况下可以显著改善桥梁等结构的抗震性能。在城市轨道交通结构的抗震设计中,在保证其他性能要求的前提下,可以利用减震消能技术。