地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題(文件)
【正文】 87《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)隧道部分的條文和GB50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》,采用地震系數(shù)法進(jìn)行的。高烈度地震區(qū)內(nèi)的城市地鐵大規(guī)模建設(shè)是在近20多年才出現(xiàn)的,大多數(shù)還沒有經(jīng)過大地震的檢驗(yàn),因此災(zāi)難性的震害記錄不多,于是人們普遍認(rèn)為地下結(jié)構(gòu)在地震作用下所受破壞程度遠(yuǎn)比地上結(jié)構(gòu)輕。由于問題的極其復(fù)雜性,目前還沒有哪一種手段能夠完全實(shí)現(xiàn)對(duì)地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行全面而真實(shí)的解釋和模擬。這是研究和評(píng)價(jià)地下結(jié)構(gòu)抗震性能的較為合理的有效途徑。1土結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用分析模型 強(qiáng)地震作用下,地下結(jié)構(gòu)與地基介質(zhì)可能呈現(xiàn)明顯的非線性、彈塑性狀態(tài),地下結(jié)構(gòu)與地基之間的接觸面還可能出現(xiàn)局部滑移、脫離等非連續(xù)變形現(xiàn)象,除此之外,地鐵地下結(jié)構(gòu)地基動(dòng)力相互作用分析模型還應(yīng)該合理考慮地基半無限性的影響。針對(duì)地基半無限性及遠(yuǎn)場(chǎng)地基特性的模擬問題已經(jīng)發(fā)展了多種動(dòng)力人工邊界[2629]。在地震反應(yīng)過程中,周圍地基尤其是上覆土層的重力效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生不容忽視的影響。對(duì)于靜力問題,采用固定人工邊界或其他靜力邊界(邊界元或無窮元),而動(dòng)力問題則采用動(dòng)力人工邊界,這導(dǎo)致形成了兩個(gè)不同的分析模型。基于靜動(dòng)力統(tǒng)一人工邊界建立一個(gè)可考慮上覆土層的重力效應(yīng)、實(shí)現(xiàn)強(qiáng)地震動(dòng)有效輸入、合理反映結(jié)構(gòu)材料非線性、結(jié)構(gòu)地基動(dòng)接觸非線性、近場(chǎng)地基非線性與遠(yuǎn)場(chǎng)地基非線性等影響因素的理論分析模型是完善地下結(jié)構(gòu)靜力分析及地震反應(yīng)分析的合理途徑。當(dāng)采用有限元法結(jié)合人工邊界對(duì)強(qiáng)地震作用下的土結(jié)構(gòu)開放系統(tǒng)進(jìn)行整體分析時(shí),由于系統(tǒng)非線性的影響,必需采用時(shí)域逐步積分算法完成計(jì)算,當(dāng)所研究問題的尺度大、力學(xué)模型的自由度多時(shí),其分析計(jì)算工作量巨大。地鐵地下車站的長(zhǎng)度一般超過100m,甚至達(dá)200m,因而地鐵車站地基系統(tǒng)計(jì)算分析模型尺度很大,尤其是需要同時(shí)研究地鐵車站與區(qū)間隧道連接處等震害易發(fā)生部位的地震反應(yīng)及破壞規(guī)律時(shí),計(jì)算模型的尺度將更大。3地鐵地下結(jié)構(gòu)地震破壞模式和抗震性能的評(píng)估方法 動(dòng)力時(shí)程分析方法作為一種可靠的分析手段適用于深入研究地鐵等地下結(jié)構(gòu)抗震理論,而對(duì)于評(píng)估地下結(jié)構(gòu)承載力極限狀態(tài)和進(jìn)行常規(guī)的地鐵地下工程抗震設(shè)計(jì),還需要發(fā)展簡(jiǎn)便和實(shí)用的分析方法。靜力增量分析法相對(duì)簡(jiǎn)單,但沒有考慮到地震作用與結(jié)構(gòu)自振特性之間的密切關(guān)系。另外,由于受到周圍地基約束,地下結(jié)構(gòu)的變形形式不同于地上結(jié)構(gòu)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為單建的地下結(jié)構(gòu)由于受到地層的約束,地震時(shí)構(gòu)件不大可能出現(xiàn)交變內(nèi)力,無須特別考慮抗震構(gòu)造措施。后者又完全把地下結(jié)構(gòu)等同于地上結(jié)構(gòu)。有關(guān)地鐵工程抗震構(gòu)造方面存在的其他問題還很多,如抗震縫的設(shè)置原則和方法,后砌的內(nèi)部承重結(jié)構(gòu)和非承重隔墻的抗震構(gòu)造要求等。但是地鐵線路走向基本上取決于交通功能的要求,因此地鐵區(qū)間隧道穿越地震斷層有時(shí)是不可避免的。隨著對(duì)北京等重大城市地下地震斷層勘探工作的開展和對(duì)地震斷層活動(dòng)性的掌握,針對(duì)地鐵區(qū)間隧道等地下隧道跨越地震活斷層時(shí)的抗震設(shè)計(jì)及工程措施將是抗震工作者和工程設(shè)計(jì)人員不得不面對(duì)和需要解決的實(shí)際問題。StrutualDynmics,20,3(2:2924[36]施仲衡,[R].北京:北京城建設(shè)計(jì)研究院,20[37]劉愛文,張素靈,胡聿賢,[J].地震工程與工程震動(dòng),20,2(2:22[38]張素靈,許建東,(氣)管道破壞的分析[J].地震地質(zhì),20,2(3:4248[39][J].EarthkEninerinanStrutualDynmics,20,3(8):1415[40]:中國(guó)地震活斷層探測(cè)技術(shù)系統(tǒng)可行性研究報(bào)告[R].北京:中國(guó)地震局,20 。目前我國(guó)地鐵建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入高潮,其中很多地
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