地铁的诞生很好地解决了城市交通的复杂难题,是一种便捷、运输量巨大、使用清洁能源的轨道交通工具。然而由于地下结构起步与地上建筑结构相比较晚,相关规范资料较少,因此在很长一段时间人们对地铁车站地下结构的破坏机理了解甚少。最近几十年中,地下结构频繁遭受地震并且受到了严重破坏,许多问题也暴露出来。基于概率密度演化的方法可以较为全面地、深入地分析地震作用下地铁车站地下结构的动力特性,有效地估计结构在地震作用下的可靠度,逐渐在很多工程领域应用发展,但是目前对于地铁车站地下结构的抗震性能研究,大多数依旧采用是确定性动力分析,很难全面地、客观地对地下结构的安全性进行评估。同时基于概率密度演化方法的地铁车站结构可靠度研究目前还处于起步阶段,需要注意以下三方面的内容:抗震分析模型能否真实地、全面反应地下结构在地震下真实的响应性态;实际工作中应充分考虑地震动的随机性以及模型的随机性;选择的参考指标能否提供合理的评价意见。近几年来几次严重的震害给人们敲响一记警钟,人们意识到地下结构不会因为周围岩土的围护作用而在地震中遭受更轻的灾害,有的时候造成的损失甚至会远超过地上结构。然而在目前的交通轨道抗震设计规范中,对地铁车站结构的规定并不像地上结构那样的完善清晰,地下结构抗震分析方法也一直没有形成一个完整的体系。因此,深入研究地震特别强震作用下的地铁车站地下结构的抗震安全具有突出的科学意义和工程价值。本文以历史上经历过严重地震破坏的大开地铁站为研究对象。地铁车站周围的岩土采用广义塑性模型,地铁车站的混凝土结构则采用塑性损伤模型,广义塑性接触面模型模拟混凝土结构与岩土之间的接触面,选取一系列与规范谱相吻合的地震动作为地震动输入,开展了地铁车站地下结构的非线性动力响应分析。本文的具体工作如下:(1)基于随机函数-谱表示方法和改进的功率谱密度模型,根据最新版的《城市轨道交通结构抗震设计规范》确定该模型中参数的取值大小,建立了非平稳地震动时程的演变功率谱模型,大大降低了随机函数的数量,仅用1个随机函数表达原先需要2N个变量表达的随机过程。通过迭代修正得到一组与规范谱吻合的非平稳地震动,为地铁车站的随机动力响应分析和抗震可靠度计算奠定了基础。与传统的随机函数-谱表示方法相比,该方法的计算量大大降低。(2)以大开地铁站为研究对象,建立了有限元计算模型,采用广义塑性模型以及跨尺度网格划分的方法,保证了计算的效率以及精准度。利用课题组自主开发的有限元计算软件对其进行动力响应分析,研究其破坏特点。(3)结合国内外专家学者的研究成果,选取了层间转角、顶板底板间的相对竖向位移、损伤面积占比这三个具有代表性的分析指标,基于等价极值思想和概率密度演化方法研究地铁车站地下结构的概率密度信息以及抗震可靠度,为地铁车站地下结构随机动力响应分析提供了更好的研究思路和方法。(4)最后,概括本文所做的研究工作,提出不足以及需要改进的地方,指出需要进一步研究的地方。