GB 50909-2014 城市轨道交通结构抗震设计规范 (完整版)
1 总 则
1.0.1 为了在城市轨道交通结构抗震设计中贯彻执行国家的技术经济政策,做到安全、适用、经济,保证质量,制定本规范。
1.0.2 本规范适用于新建、改建城市轨道交通结构的抗震设计。
1.0.3 抗震设防地区的城市轨道交通结构必须进行抗震设计。
1.0.4 抗震设防采用的地震动参数应按现行国家标准《中国地震动参数区划图》GB 18306执行;已进行工程场地地震安全性评价的,应按审批结果取值。
1.0.5 城市轨道交通结构抗震设计除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术语和符号
2.2 符 号
a——梁端的支承长度;
ah——桥墩(台)顶端反应绝对加速度最大值;
ai——第i层土单元水平有效惯性加速度;
amax——地表水平向设计地震动峰值加速度;
amaxⅡ——Ⅱ类场地设计地震动峰值加速度值;
ce——土层液化影响折减系数;
d——覆盖土层厚度,土层沿隧道与地下车站纵向的计算长度,承台质心处的地震反应位移,地基弹簧影响长度;
d0——计算深度,液化土特征深度;
db——基础埋置深度;
dd——承台质心处的设计容许位移;
deq——结构整体屈服点对应的水平位移;
di——计算深度范围内第i层土的厚度,i点所代表的土层厚度;
ds——饱和土标准贯入点深度;
du——上覆盖非液化土层厚度;
dw——地下水位深度;
fa——深宽修正后的地基承载力特征值;
faE——调整后的地基承载力;
fak——由荷载试验等方法得到的地基承载力特征值;
fi——结构i单元上作用的惯性力;
Feq——结构整体屈服点对应的水平荷载;
Fh——支座水平地震力;
FL——土层的液化抵抗率;
hi——第i层土单元的厚度;
IIE——液化指数;
k——压缩或剪切地基弹簧刚度;
K——基床系数,构件极限塑性转角的安全系数;
Keq——等效刚度;
kh——结构侧壁压缩地基弹簧刚度;
kl——沿隧道纵向侧壁剪切地基弹簧刚度;
kn——圆形结构侧壁压缩地基弹簧刚度;
ks——圆形结构侧壁剪切地基弹簧刚度;
ksh——结构侧壁剪切地基弹簧刚度;
ksv——结构顶底板剪切地基弹簧刚度;
kt——沿隧道纵向侧壁拉压地基弹簧刚度;
kv——结构顶底板压缩地基弹簧刚度;
Kv——竖向地震动峰值加速度与水平向峰值加速度比值;竖向基床系数;
li——计算桥墩处两侧跨径;
L——垂直于结构横向的计算长度;
Lp——塑性铰长度;
mi——结构i单元的质量;
Meq——等效质量;
Mp——桥墩质量;
Ms——上部结构质量;
Mu——构件截面极限弯矩;
Mv——等效列车质量;
My——构件截面等效屈服弯矩;
n——计算深度范围内土层的分层数,在判别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数;
N——上部结构重力在支座上产生的反力;
N0——液化判别标准贯入锤击数基准值;
N1——场地土标准贯入锤击数实测值;
Ncr——判别标准贯入液化锤击数临界值;
Ncri——i点液化判别标准贯入锤击数临界值;
Ni——i点标准贯入锤击数实测值;
p——地震作用效应标准组合的基础底面平均压力;
pmax——地震作用效应标准组合的基础边缘最大压力;
R——需要计算的结构反应,结构构件承载力设计值;
RD——地震作用下支座的水平地震力;
Re——复数的实部;
RH——永久荷载作用下支座的水平力;
Ri——第i振型反应;
Rj——第j振型反应;
Rmax——支座水平抗力值;
Rt——包括地震力效应的支座的水平力效应组合值;
RX——X方向地震动作用对同一反应量的贡献;
RY——Y方向地震动作用对同一反应量的贡献;
RZ——Z方向地震动作用对同一反应量的贡献;
Rμ——折减系数;
S——反应谱值,结构构件内力组合设计值;
t——剪切波在地面至计算深度之间的传播时间;
T——结构自振周期;
T0——场地相关特征周期参数;
Ti——第i振型的自由振动周期;
Tj——第j振型的自由振动周期;
Teq——结构等效周期;
Tg——场地设计地震动加速度反应谱特征周期;
u(z)——深度z处自由土层地震反应位移;
u(zB)——结构底部深度zB处的自由土层地震反应位移;
u'(z)——深度z处相对于结构底部的自由土层相对位移;
umax——地表水平向设计地震动峰值位移;
u maxⅡ——Ⅱ类场地设计地震动峰值位移;
——地下结构顶底板位置处自由土层发生最大相对位移时刻,自由土层对应于结构i单元位置处的加速度;
vs——岩土等效剪切波速;
vse——场地土层等效剪切波速;
vsi——计算深度范围内第i层土的剪切波速;
Vmu——构件达到截面等效屈服弯矩时的剪力;
Vcd——混凝土设计剪切抗力;
Vsd——钢骨设计剪切抗力;
Vwd——钢筋设计剪切抗力;
Vyd——设计剪切抗力;
W——隧道横向平均宽度或直径;
Wi——i土层单位土层厚度的层位影响权函数值,支座所分担到的水平惯性力所对应的上部结构重量;
α——构件性能等级系数;
βm——场地设计地震动加速度反应谱动力放大系数最大值;
γ——下降段的衰减指数;
γRE——承载力抗震修正系数;
δi——第i个墩顶处轨顶面位移;
ζa——地基抗震承载力调整系数;
τU——隧道与地下车站结构顶板单位面积上作用的剪力;
τB——隧道与地下车站结构底板单位面积上作用的剪力;
τS——隧道与地下车站结构侧壁单位面积上作用的剪力;
η——阻尼调整系数;
ηm——与设防地震动加速度反应谱特征周期分区相关的调整系数;
θ——地震反应转角,平行转角或折转角;
θd——性能等级的界限值;
θpu——构件塑性铰区的极限塑性转角;
θu——塑性铰区域极限转角;
θy——构件塑性铰区等效屈服转角,基础底面屈服转角;
μ——延性系数;
μd——支座的动摩阻系数;
ξi——第i振型阻尼比;
ξj——第j振型阻尼比;
ρc——黏粒含量百分率;
ρi——第i层土单元的质量密度;
τ、τi-1——地下结构顶底板位置处土层发生最大相对位移时刻第i层土单元底部与顶部的剪应力;
y——塑性铰区屈服曲率;
u——塑性铰区极限曲率;
∑t——橡胶层的总厚度;
△D——活动支座的滑动量,地震产生的梁端与墩顶的相对位移;
△gd——固定墩的墩顶位移;
△H——永久作用下支座产生的水平位移;
△max——支座容许最大滑动水平位移;
△t——地震作用下最不利效应组合后支座产生的水平位移;
△top——滑动支座处的墩顶位移;
Γa——场地地震动峰值加速度调整系数;
Γu——场地地震动峰值位移调整系数。
3 基本要求
4 场地、地基与基础
5 地震作用
6 地震反应计算
7 抗震性能的验算方法
8 高架区间结构
9 高架车站结构
10 隧道与地下车站结构
附录A 支座的恢复力模型
A.0.1 盆式支座、球形支座在固定方向,可简化为约束或根据产品力学特性确定线性刚度[图A.0.1(a)];在可滑动方向,可简化为刚塑性本构模型[图A.0.1(b)],滑动力可按下式计算:

式中:Fs——滑动力(kN);
μf——动摩擦系数;
N——支座承担的恒载(kN)。

图A.0.1 盆式支座、球形支座恢复力模型
F-水平力;u-水平变形
A.0.2 板式橡胶支座可简化为线性弹簧(图A.0.2),其刚度可按下式计算:

式中:kH——板式橡胶支座的剪切刚度(kN/m);
A——板式橡胶支座的剪切面积(m2);
G——板式橡胶支座的动剪切模量(kN/m2);
∑te——橡胶层的总厚度(m)。

图A.0.2 板式橡胶支座线性恢复力模型
A.0.3 具有滑动面的板式橡胶支座,可按本规范A.0.1建立刚塑性本构模型。
A.0.4 铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座等可根据产品说明中提供的初始刚度k1和二次刚度k2建立双线性本构模型(图A.0.4)。

图A.0.4铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座的非线性本构模型和等效线性刚度
k1、k2-隔震支座初始刚度和二次刚度;Qy-隔震支座屈服荷载;
Qd-位移为0时的荷载;uy、uBe-隔震支座屈服位移和有效设计位移
附录B 基于集中参数模型的静力与动力分析方法
附录C 多点输入反应谱组合系数的计算方法
C.0.1 多点地震动输入下,应采用分解位移法,结构反应最大值的平均值可按下式计算:

式中:Rr——第r地震动输入下的结构拟静力反应;
Rs——第s地震动输入下的结构拟静力反应;
Rir——第r地震动输入下第i振型的动力反应;
Rjs——第s地震动输入下第i振型的动力反应。
C.0.2 组合系数,可按下列公式计算:

式中:ρgrgs——结构拟静力反应组合系数;
ρgrjs——拟静力与动力耦合反应组合系数;
ρirjs——动力反应组合系数。
C.0.3 结构反应矩可按下列公式计算:


式中:λgrgs——拟静力反应矩(m);
λgrjs——拟静力与动力耦合反应(m);
λirjs——动力反应(m);
Re——复数的实部;
Hj(ω)——第j振型的稳态频率响应函数,按本规范C.0.4条的规定计算;
H*i(ω)——第i振型的稳态频率响应函数的共轭函数;
SAgrgs(ω)——地震动加速度互功率谱密度函数,按本规范C.0.5条的规定计算。
C.0.4 第j振型的稳态频率响应函数可按下式计算:

式中:ωj——第j振型的圆频率;
ξj——第j振型的模态阻尼比。
C.0.5 地震动加速度互功率谱密度函数可按下式计算:

式中:ωf、ξf——自功率谱模型参数,按表C.0.5取值;
ρ1、ρ2、q——相干函数模型参数,按表C.0.5取值;
drs——空间r点和s点间的水平空间距离(m);
θ——地震波传播方向与r至s连线方向的夹角(rad);
Vapp——地震动水平视波速(m/s)。
表C.0.5 计算ρgrgs、ρgrjs、和ρirjs的地震动参数取值
C.0.6 地震动水平视波速Vapp宜符合下列规定:
1 可通过对工程场地所处具体地震环境的评价确定其取值;
2 当无可靠依据时,可取1000m/s或取对结构反应最不利的视波速;
3 视波速的取值不宜小于1000m/s。
附录D 动力分析中基础的等代弹簧法
附录E 反应位移法中土层位移的简单确定方法
E.0.1 埋于土层中的隧道与地下车站沿土层深度方向的土层位移的同一时刻的值(图E.0.1)可按下式计算:

图E.0.1 土层位移沿深度变化规律
1-地表面;2-设计地震作用基准面;umax-场地地表最大位移,取值按表5.2.4-1,其调整系数按表5.2.4-2;H-设计地震作用基准面的深度
E.0.2 隧道与地下车站抗震设计中,土层的水平峰值位移沿深度变化(图E.0.2)应采用直线规律表达,地表下50m及其以下部分的峰值位移可取地表的1/2,不足50m处的峰值位移应按深度作线性插值确定。沿与隧道延长方向垂直的水平方向土层水平位移的同一时刻的值可按下列公式计算:


式中:u(x,z)——坐标(x,z)处地震时的土层水平位移(m);
umax(z)——地震时深度Z处土层的水平峰值位移(m);
L——土层变形的波长,即强迫位移的波长(m);
L1——表面土层变形的波长(m);
L2——基岩变形的波长(m);
VSD——表面土层的平均剪切波速(m/s);
VSDB——基岩的平均剪切波速(m/s);
Ts——考虑土层地震应变水平的土层场地特征周期(s)。

图E.0.2 土层的水平峰值位移沿深度变化规律
1-地表面

