地铁车站自复位中柱性能及参数变化研究

范智双; 权登州; 柴少波; 张永坤; 卜永红

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20240724003

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地铁车站自复位中柱性能及参数变化研究

论文 | 更新时间：2025-12-12

- 地铁车站自复位中柱性能及参数变化研究
- Study on Performance and Parameter Variations of Self‑centering Middle Columns in Metro Stations
- 防灾减灾工程学报 2025年45卷第5期页码：1200-1211
- 作者机构：
  
  长安大学建筑工程学院，陕西西安 710061
- 作者简介：
  
  范智双（1999—），男，硕士研究生。主要从事地下结构抗震及可恢复性研究。E-mail:1844306012@qq.com
  权登州（1983—），男，硕导，博士。主要从事地下结构抗震及可恢复性研究。E-mail:qdz0809@chd.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(42172302);陕西省自然科学基础研究计划(2025JC-YBMS-535);陕西省重点研发计划(2025SF-YBXM-525;2025SF-YBXM-539)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20240724003
  中图分类号： TU93;U231
- 收稿：2024-07-24，
  
  修回：2024-09-16，
  
  纸质出版：2025-10-28
- 稿件说明：
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范智双,权登州,柴少波等.地铁车站自复位中柱性能及参数变化研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(05):1200-1211.

FAN Zhishuang,QUAN Dengzhou,CHAI Shaobo,et al.Study on Performance and Parameter Variations of Self‑centering Middle Columns in Metro Stations[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(05):1200-1211.
范智双,权登州,柴少波等.地铁车站自复位中柱性能及参数变化研究[J].防灾减灾工程学报,2025,45(05):1200-1211. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240724003.

FAN Zhishuang,QUAN Dengzhou,CHAI Shaobo,et al.Study on Performance and Parameter Variations of Self‑centering Middle Columns in Metro Stations[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(05):1200-1211. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240724003.

摘要

基于可恢复性抗震理念，提出一种新型中柱体系，旨在为地铁地下结构提供优异的抗震性能及自复位功能。通过ABAQUS软件，模拟分析了新型柱的自复位性能、水平变形能力及抗剪承载能力等基本性能，并探讨了初始预应力值、预应力筋数量和柱头尺寸三种参数变化对新型柱性能的影响情况。结果表明：相比传统固接柱，新型柱不仅表现出良好的自复位能力，还具备明显的水平变形和损伤特征优势。适当减小初始预应力值有利于改善新型柱的自复位性能；减少预应力筋数量、增大柱头，都有利于提升小轴压比下新型柱的自复位性能，反之增加筋数、减小柱头，则有利于提升大轴压比下新型柱的自复位性能。参数变化对水平变形能力的影响仅当轴压比小于0.7时表现明显，该轴压比条件下，初始预应力值越小、预应力筋数量越多，新型柱变形能力越强；柱头的设置有利于新型柱变形能力的提升，但其尺寸影响并不显著；初始预应力值取500 MPa、预应力筋设置一排、柱头半径0.2 m为最佳组合。参数变化对新型柱抗剪承载力影响并不明显。研究成果可为地铁地下结构可恢复性抗震体系的深入研究与设计提供参考价值。

Abstract

Based on the concept of seismic resilience

this study proposes a new middle column system

aiming to provide excellent seismic performance and self-centering capability for metro underground structures. Using ABAQUS software

the basic performance of the new columns

including their self-centering capability

horizontal deformation capacity

and shear bearing capacity

was simulated and analyzed. The effects of three parameter variations—initial prestress value

number of prestressing tendons

and column head size—on the performance of the new columns were further investigated. The results showed that compared to traditional consolidated columns

the new columns not only demonstrated good self-centering capability but also had significant advantages in horizontal deformation and damage characteristics. Appropriately reducing the initial prestress value was beneficial for improving the self-centering capability of the new columns. Decreasing the number of prestressing tendons and increasing the column head size both enhanced the self-centering capability under low axial compression ratios

while increasing the tendon quantity and reducing the column head size were favorable for improving the self-centering capability under high axial compression ratios. The effect of parameter variation on the horizontal deformation capacity was evident only when the axial compression ratio was less than 0.7. Under the condition of this axial compression ratio

smaller initial prestress values and a greater number of prestressing tendons resulted in enhanced deformation capacity of the new columns. The incorporation of a column head was beneficial for enhancing the deformation capacity of the new columns

but its size had no significant effect. The optimal combination was an initial prestress value of 500 MPa

a single row of prestressing tendons

and a column head radius of 0.2 m. Parameter variations had little effect on the shear bearing capacity of the new columns. The research findings can provide valuable references for the further research and design of resilient seismic systems for metro underground structures.

关键词

Keywords

references

Hashash Y M A ， Hook J J ， Schmidt B ， et al . Seismic design and analysis of underground structures ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2001 ， 16 （ 4 ）： 247 - 293 .

Samata S ， Ohuchi H ， Matsuda T . A study of the damage of subway structures during the 1995 Hanshin-Awaji earthquake ［J］. Cement and Concrete Composites ， 1997 ， 19 （ 3 ）： 223 - 239 .

车爱兰，岩楯敞广，葛修润 . 关于地铁地震响应的模型振动试验及数值分析［J］. 岩土力学， 2006 ， 27 （ 8 ）： 1293 - 1298 .

Che A L ， Iwatate T ， Ge X R . Dynamic behaviors of subway structure subjected to strong earthquake motions using shaking table tests and dynamic analyses ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2006 ， 27 （ 8 ）： 1293 - 1298 . （in Chinese）

庄海洋，王修信，陈国兴 . 软土层埋深变化对地铁车站结构地震反应的影响规律研究［J］. 岩土工程学报， 2009 ， 31 （ 8 ）： 1258 - 1266 .

Zhuang H Y ， Wang X X ， Chen G X . Earthquake responses of subway station with different depths of soft soil ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2009 ， 31 （ 8 ）： 1258 - 1266 . （in Chinese）

黄营，陈国兴，戚承志，等 . 可液化场地框架式地铁车站结构振动台模型试验与数值模拟的对比分析［J］. 岩土工程学报， 2013 ， 35 （增2 ）： 471 - 478 .

Huang Y ， Chen G X ， Qi C Z ， et al . Comparative analysis between shaking table model test and numerical simulation of frame subway station structure in liquefiable ground ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2013 ， 35 （ Sup2 ）： 471 - 478 . （in Chinese）

王玉铃，权登州，柴少波，等 . 黄土场地地铁车站振动台试验方案设计与研究［J］. 震灾防御技术， 2021 ， 16 （ 1 ）： 176 - 185 .

Wang Y L ， Quan D Z ， Chai S B ， et al . Study on the test scheme of shaking table test for subway station built in loess area ［J］. Technology for Earthquake Disaster Prevention ， 2021 ， 16 （ 1 ）： 176 - 185 . （in Chinese）

权登州，王玉铃，柴少波，等 . 黄土场地条件下地铁车站诱导缝三维地震响应研究［J］. 铁道科学与工程学报， 2024 ， 21 （ 2 ）： 721 - 734 .

Quan D Z ， Wang Y L ， Chai S B ， et al . Seismic response analysis for induced joints of subway station in loess area ［J］. Journal of Railway Science and Engineering ， 2024 ， 21 （ 2 ）： 721 - 734 . （in Chinese）

杜修力，马超，路德春，等 . 大开地铁车站地震破坏模拟与机理分析［J］. 土木工程学报， 2017 ， 50 （ 1 ）： 53 - 62， 69 .

Du X L ， Ma C ， Lu D C ， et al . Collapse simulation and failure mechanism analysis of the Daikai subway station under seismic loads ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2017 ， 50 （ 1 ）： 53 - 62， 69 . （in Chinese）

安林轩 . 地铁车站结构中柱减震性能研究［D］. 北京：北京工业大学， 2016 .

An L X . Research on seismic performance of columns in metro station structure ［D］. Beijing ： Beijing University of Technology ， 2016 . （in Chinese）

马超，王作虎，路德春，等 . CFRP加固地铁车站结构中柱地震损伤评价研究［J］. 岩土工程学报， 2020 ， 42 （ 12 ）： 2249 - 2256 .

Ma C ， Wang Z H ， Lu D C ， et al . Seismic damage evaluation of CFRP-strengthened columns in subway stations ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2020 ， 42 （ 12 ）： 2249 - 2256 . （in Chinese）

邵文，毛念华，安秉忠，等 . 一种地铁车站抗震延性中柱：中国， ZL201820795433.4 ［P］. 2019-01-18 .

许紫刚 . 地铁地下结构横断面抗震分析方法研究及减震技术初探［D］. 北京：北京工业大学， 2019 .

Xu Z G . Research on seismic analysis methods and preliminary study in seismic control technologies of subway underground structures in transverse cross section ［D］. Beijing ： Beijing University of Technology ， 2019 . （in Chinese）

许成顺，汪洋筱珊，杜修力，等 . 分体柱在地下车站结构中的减震效果研究［J］. 岩土工程学报， 2021 ， 43 （ 4 ）： 624 - 633 .

Xu C S ， Wang Y X S ， Du X L ， et al . Seismic mitigation effects of split columns in underground station structures ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2021 ， 43 （ 4 ）： 624 - 633 . （in Chinese）

路德春，李强，杜修力，等 . 基于失效模式控制的地铁车站结构抗震性能研究［J］. 岩土工程学报， 2019 ， 41 （ 8 ）： 1400 - 1407 .

Lu D C ， Li Q ， Du X L ， et al . Seismic performance of subway station based on failure model control ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2019 ， 41 （ 8 ）： 1400 - 1407 . （in Chinese）

Lu D C ， Wu C Y ， Ma C ， et al . A novel segmental cored column for upgrading the seismic performance of underground frame structures ［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering ， 2020 ， 131 ： 106011 .

陶连金，安军海，葛楠 . 地铁车站工程应用双向RFPS支座隔震效果研究［J］. 地震工程与工程振动， 2016 ， 36 （ 1 ）： 52 - 58 .

Tao L J ， An J H ， Ge N . Isolation effect analysis on bidirectional RFPS bearing applied in the metro stations engineering ［J］. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration ， 2016 ， 36 （ 1 ）： 52 - 58 . （in Chinese）

陈文斌，庄海洋，李晟，等 . 基于柱顶隔震的3层3跨地铁地下车站结构抗震性能研究［J］. 震灾防御技术， 2021 ， 16 （ 1 ）： 146 - 156 .

Chen W B ， Zhuang H Y ， Li S ， et al . Seismic performance of the three-layer three-span subway underground station structure with seismic isolation bearings fixed on the top of columns ［J］. Technology for Earthquake Disaster Prevention ， 2021 ， 16 （ 1 ）： 146 - 156 . （in Chinese）

杜修力，许紫刚，许成顺，等 . 摩擦摆支座在地下地铁车站结构中的减震效果研究［J］. 工程力学， 2019 ， 36 （ 9 ）： 60 - 67， 88 .

Du X L ， Xu Z G ， Xu C S ， et al . Seismic mitigation effect analysis on friction pendulum bearing applied in the underground subway station ［J］. Engineering Mechanics ， 2019 ， 36 （ 9 ）： 60 ‑ 67， 88 . （in Chinese）

Chen Q J ， Wang Y C ， Zhao Z P . A novel negative stiffness amplification system based isolation method for the vibration control of underground structures ［J］. Applied Sciences ， 2020 ， 10 （ 16 ）： 5421 .

Wang Y C ， Chen Q J ， Zhao Z P ， et al . Multi-location seismic isolation approach and design for underground structures employing the negative-stiffness amplification system ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2022 ， 122 ： 104395 .

于仲洋，张静堃，邱艳佳，等 . 叠合装配式地铁车站结构地震动力响应及减震措施研究［J］. 地震工程与工程振动， 2023 ， 43 （ 4 ）： 235 - 244 .

Yu Z Y ， Zhang J K ， Qiu Y J ， et al . Study on seismic dynamic responses and damping measures of the superimposed prefabricated subway station structure ［J］. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration ， 2023 ， 43 （ 4 ）： 235 - 244 . （in Chinese）

路德春，马超，杜修力，等 . 城市地下结构抗震韧性研究进展［J］. 中国科学：技术科学， 2022 ， 52 （ 10 ）： 1469 - 1483 .

Lu D C ， Ma C ， Du X L ， et al . Earthquake resilience of urban underground structures： state of the art ［J］. Scientia Sinica （Technologica）， 2022 ， 52 （ 10 ）： 1469 - 1483 . （in Chinese）

Mikami A ， Konagai K ， Sawada T . Stiffness design of isolation rubber for center columns of tunnel ［J］. Doboku Gakkai Ronbunshu ， 2001 ， 682 ： 415 - 420 .

杜修力，王子理，刘洪涛 . 基于韧性设计的一种地下框架结构抗震新体系研究［J］. 震灾防御技术， 2018 ， 13 （ 3 ）： 493 - 501 .

Du X L ， Wang Z L ， Liu H T . Study of a seismic new system of underground frame structure based on toughness design ［J］. Technology for Earthquake Disaster Prevention ， 2018 ， 13 （ 3 ）： 493 - 501 . （in Chinese）

阴孟莎 . 柱脚可更换式地铁车站抗震性能分析［D］. 北京：北京工业大学， 2019 .

Yin M S . Seismic performance analysis of subway station with replaceable column feet ［D］. Beijing ： Beijing University of Technology ， 2019 . （in Chinese）

王高凤 . 地下车站摇摆—自复位中柱影响因素与抗震性能研究［D］. 郑州：河南大学， 2021 .

Wang G F . Research on the influence factors and seismic performance of rocking self-centering central column in underground station ［D］. Zhengzhou ： Henan University ， 2021 . （in Chinese）

Chen Z Y ， Zhou Y . Seismic performance of framed underground structures with self-centering energy-dissipation column base ［J］. Advances in Structural Engineering ， 2019 ， 22 （ 13 ）： 2809 - 2822 .

Wang Y C ， Chen Q J ， Zhao Z P ， et al . A resilient column with angular friction damper for seismic performance upgrading of underground structures ［J］. Tunnelling and Underground Space Technology ， 2021 ， 116 ： 104085 .

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