本文是一篇土木工程论文，本文在研究过程中主要取得了以下研究结果：（1）根据以往地下结构的震害调查资料，对常见的地下结构的震害形式进行了归纳总结，并基于已有的地下结构地震响应研究成果，给出了地下结构的震害机理。（2）通过对比分析不同结构破坏准则的适用性，结合钢筋混凝土构件的损伤过程给出了地铁车站结构构件的破坏准则，在此基础上根据现有的建筑结构地震破坏等级的划分方法，同时对比分析当前地下结构的地震破坏等级划分成果，选取了以构件数量破坏为基础的地铁车站结构地震破坏等级划分方法。
第一章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
社会经济水平的提升和城镇化进程的加快使得我国城市人口数量出现不断增涨的趋势。2019 年，我国城市人口数量超过 8.4 亿人，城镇化率为 60.6%。随着城镇人口密度的增加，城市交通拥堵、土地紧缺、环境质量恶化、空气污染加重等问题也随之而来。为了有效的解决这些问题，城市地下空间的开发与应用受到了越来越多国家的重视。目前，以地下空间为载体的地下交通系统、地下商场以及地下管线系统的出现不但缓解了城市地面拥挤问题，改善了生态环境，而且也进一步优化了城市的空间结构，提升了城市的韧性。
城市地铁系统作为地下空间开发应用的主要对象，以其载客量大，使用便利等优势成为城市交通系统中的主要力量。截至 2020，我国先后开通地铁的城市已有44 个，地铁的总运营里程可达 6612.66 公里。其中地铁运营里程排名前十的城市如图 1-1 所示，除了已经建成并投入运营的地铁之外，还有许多城市正陆续进行着地铁的规划与兴建，可以看出，我国的城市地铁建设仍然在不断发展与完善当中。
地下结构由于受到周围土体的束缚作用，与地上结构相比表现出相对较强的抗震性能。但由历史震害分析表明，遭受强烈地震时，地下结构也可能同样遭受严重破坏。一旦地下结构受到破坏，不仅修复时间长，成本高，修复过程困难，由其产生的直接或间接经济损失也难以估量。早在 1977 年，美国就有大量的地下矿井巷道遭受到了地震破坏。1985 年的墨西哥 8.1 级地震中，出现了城市地铁系统的严重受损，其中地铁侧墙出现了大面积混凝土剥落的现象，墙体的周围也出了不同程度的裂缝损伤（陈国兴, 2007a）。
1.2 国内外研究历史与现状
1.2.1 IDA 方法发展及现状
建筑结构在地震作用下的破坏是一种动力破坏过程，增量动力分析方法（Incremental Dynamic Analysis，IDA）在对建筑结构进行地震响应分析时，能够反映不同结构体系在不同地震波影响下的地震响应过程，而且能对不同强度地震作用对结构体系造成的损伤情况进行直观地刻画。此外，采用增量动力分析获得的结构地震响应结果也为结构地震易损性分析提供了必要的分析数据。
IDA 法的基本思想最初在 1997 年由美国学者 Bertero（1977）提出。Bertero等人在进行建筑结构抗震性能分析时，将一条地震波按照不同的比例系数进行调幅作地震输入，然后根据变形极限以及强度极限对响应结果进行分析，以探究不同地震作用强度对于建筑结构损伤的影响规律，这种用来分析结构抗震性能的分析方法被称为增量动力（IDA）分析法。
IDA 方法作为结构动力分析的新方法，一经提出便引起了学术及工程范围内的高度重视，各国学者迅速在原有的方法理论基础上进行了补充和完善。Vamvatsikos. D 等人（2005）结合 IDA 法及 pushover 法提出了一种增量静力弹塑性分析方法（Static Pushover Analysis，SPO），该方法相较于传统 IDA 法在进行结构响应分析时所需的计算量较少，而且所获的IDA 曲线也有较好的吻合度（Vamvatsikos and Allin Cornell, 2006）。杨成等人（2008）针对传统 IDA 方法与 SPO分析方法分析结果存在的差异性，以弹塑性反应谱值 NSa（T1）作为 IDA 法地震强度参数，提出了可以反映结构非线性动力反应的 IDA 方法。汪梦甫（2012）基于 SAP2000 中的快速分析模块（FNA），提出了新的 IDA 分析方法（FIDA 法），该方法计算模型效率高，且计算精度也满足工程要求。
第二章 地铁车站结构震害及破坏等级划分研究
2.1 引言
地震对建筑结构的破坏不仅会影响建筑使用，还会造成巨大的经济损失与安全威胁。对不同类建筑结构的地震破坏等级进行科学划分，不仅有利于开展现场震害调查、灾害损失评估，而且对结构安全鉴定、工程修复以及震害预测工作上也有着重要的参考作用（张令心与孙柏涛等, 2010）。目前针对地上建筑结构的破坏等级划分已经做了大量的研究，并且取得了一定的成果，然而地下结构由于初期震害较少，有关于地下结构破坏等级划分研究则相对少些。随着地下结构工程的不断建设，其重要性也在日益突出，与此同时地下结构在未来地震中的安全隐患也随之增加。因此，如何建立系统的地下结构地震破坏等级划分方式也是目前面临的一项重大挑战。
本章首先介绍了常见地下结构地震破坏形式，并对地下结构的震害机理进行了阐述，然后以其中的地铁车站结构为例，结合抗震结构破坏准则以及钢筋混凝土构件的破坏的特点，给出了地铁车站结构构件的破坏准则，并根据已有的建筑结构破坏等级划分研究成果给出了地铁车结构的破坏等级划分方式以及量化标准。
2.2 地下结构地震破坏形式及震害机理
2.2.1 隧道结构震害形式
近几十年发生的大地震中，如 1995 年日本地震，2008 年汶川地震等，地震区地下隧道都遭受了严重的破坏。汶川地震期间，新建的都江堰至汶川公路沿线 11条隧道都遭受不同程度损坏（崔光耀等, 2017；李天斌, 2008；王秀英等，2003）。根据以上地震调查结果，地下隧道的主要破坏形式如下：
（1）衬砌开裂及剥落。衬砌的开裂主要由拉、剪作用所引起，是地震中隧道最常见的破坏形式。衬砌开裂方向分为以下三种，有横向开裂、纵向开裂与斜向开裂。当开裂进一步发展，会形成环状裂缝以及底板裂缝。其具体破坏见下图 2-1。
第三章 基于 IDA 法的地铁车站结构地震响应分析...................... 25
3.1 引言 .......................... 25
3.2 增量动力分析（IDA）方法基本原理 ................. 25
第四章 地震作用下地铁车站结构易损性分析 ........................ 47
4.1 引言 ........................ 47
4.2 地铁车站结构易损性分析原理及方法 ................................... 47
第五章 结论与展望 ....................................... 59
5.1 主要研究结论 ...................................... 59
5.2 展望 ..................................... 60
第四章 地震作用下地铁车站结构易损性分析
4.1 引言
地震易损性分析作为评价结构抗震性能的一种有效手段，不仅能够判断出结构潜在的地震危害，同时也能够定量的评估结构的抗震性能，即在不同的抗震设防水准下对结构达到预定的抗震性能目标进行定量的描述。通过对地铁车站结构进行地震易损性分析，可以获得地铁车站结构遭受不同强度地震作用时发生不同等级破坏的概率，不仅实现了对地铁车站结构在未来地震中发生何种程度损伤的预测，实质上也表达了地铁车站结构的抗震性能。
本文在上一章已经获得了地铁车站结构基于 IDA 法的动力响应分析结果，本章首先对所有计算工况的地铁车站结构损伤情况进行了统计，并采用概率统计的方式获得地铁车站结构的破坏概率矩阵，其次借助结构破坏概率与超越概率的关系获得结构的超越概率矩阵，从而获得结构的易损性曲线。为了排除同类型场地地下结构工程基岩深度不同带来的结构易损性曲线参考上的影响，通过建立基岩处与结构底部深度处土层 PGA 的关系，将基于基岩波 PGA 的结构易损性曲线转化为基于结构底部深度处土层 PGA 的易损性曲线。此外还扩展分析了以设计反应谱筛选获得的地震波作为基岩波输入对结构易损性曲线的影响。
第五章 结论与展望
5.1 主要研究结论
城市地下交通在缓解交通拥堵、改善环境问题、优化城市空间等方面发挥了重要作用。地铁车站结构作为地下交通工程中重要的组成部分，一旦有严重的地震破坏发生，将会对交通系统运行及人身健康安全产生严重的威胁，并带来巨大的经济损失。因此，本文就地铁车站结构易损性分析展开了较为系统的研究，以某两层三跨地铁车站结构为例，构建了土-结构整体耦合的有限元模型，并基于 IDA 法进行了模型非线性动力响应计算以及结构损伤状态的分析，最后根据概率统计方法获得了结构易损性曲线。 本文在研究过程中主要取得了以下研究结果：
（1）根据以往地下结构的震害调查资料，对常见的地下结构的震害形式进行了归纳总结，并基于已有的地下结构地震响应研究成果，给出了地下结构的震害机理。
（2）通过对比分析不同结构破坏准则的适用性，结合钢筋混凝土构件的损伤过程给出了地铁车站结构构件的破坏准则，在此基础上根据现有的建筑结构地震破坏等级的划分方法，同时对比分析当前地下结构的地震破坏等级划分成果，选取了以构件数量破坏为基础的地铁车站结构地震破坏等级划分方法。
（3）在地震作用下，车站结构中柱最开始出现损伤，符合中柱属于薄弱构件这一特点，随着
