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(編輯修改稿)
2025-07-04 17:06 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí),其分析計(jì)算工作量巨大。地鐵地下結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜,往往又處在一個(gè)復(fù)雜的地震動(dòng)場(chǎng)中,雖然目前由于分析手段的限制或出于簡(jiǎn)單滿足工程設(shè)計(jì)目的考慮,常常采用切片的二維計(jì)算模型進(jìn)行抗震分析,但為更深入研究和了解地鐵地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)規(guī)律、分析不同地震動(dòng)場(chǎng)的綜合影響,采用地鐵地下結(jié)構(gòu)三維整體模型進(jìn)行研究還是必需的。 有限元離散模型中單元尺寸的大小與地震波及傳播介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于位于土中,特別是軟土中的地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震反應(yīng)分析時(shí),為對(duì)土中地震波的傳播有足夠的模擬精度,往往需要采用尺寸足夠小的單元,導(dǎo)致離散模型單元數(shù)目很多。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。在強(qiáng)地震作用下,地鐵地下結(jié)構(gòu)地基系統(tǒng)的非線性動(dòng)力行為不可避免。雖然通過引入人工邊界可以選取相對(duì)較小的計(jì)算區(qū)域,但是三維非線性動(dòng)力分析模型(模型尺寸取決于地下結(jié)構(gòu)的尺寸)的采用仍然決定了巨大的計(jì)算工作量。因而進(jìn)一步發(fā)展快速高效的計(jì)算方法以更有效地降低計(jì)算工作量,成為地鐵地下結(jié)構(gòu)地基系統(tǒng)非線性動(dòng)力相互作用分析模型的推廣應(yīng)用所需要解決的關(guān)鍵問題之一。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。借鑒目前建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法,發(fā)展新的評(píng)估地鐵地下結(jié)構(gòu)地震破壞模式及抗震性能的方法是很有意義的。我國(guó)GB50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定建筑抗震設(shè)計(jì)需要進(jìn)行大震作用下結(jié)構(gòu)的彈塑性變形驗(yàn)算,對(duì)于地鐵地下結(jié)構(gòu)尤其是地鐵車站結(jié)構(gòu)來說,大震作用下的彈塑性變形驗(yàn)算無疑也是必要的。目前常用的彈塑性分析方法包括靜力增量分析法、動(dòng)力時(shí)程分析法和靜力彈塑性分析方法(Pushover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。動(dòng)力時(shí)程分析法由于能夠計(jì)算地震反應(yīng)過程中各時(shí)刻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形狀態(tài),給出結(jié)構(gòu)開裂和屈服的順序,發(fā)現(xiàn)應(yīng)力和塑性變形集中的部位,從而可以判明結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制、薄弱環(huán)節(jié)及可能的破壞類型,結(jié)果也較為準(zhǔn)確,但其計(jì)算工作量大,計(jì)算結(jié)果受地震波選取的影響,用于常規(guī)的抗震設(shè)計(jì)還有一定的困難。相對(duì)上述兩種方法來說,Pushover分析方法是一種新的結(jié)構(gòu)抗震分析方法,這種方法既比較簡(jiǎn)單,又可以比較準(zhǔn)確地評(píng)估地震作用下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)情況,因而得到了廣泛的研究和應(yīng)用[3235]。由于地下結(jié)構(gòu)與地上結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)規(guī)律和特點(diǎn)并不完全相同,因此到目前為止,適用于建筑結(jié)構(gòu)抗震分析的Pushover方法還無法應(yīng)用于地鐵車站等地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。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)。相對(duì)地上結(jié)構(gòu)來說,地下結(jié)構(gòu)在整體發(fā)生較小變形時(shí)局部的內(nèi)力可能會(huì)很大,因此也不能簡(jiǎn)單地套用地上結(jié)構(gòu)變形的極限值推算地下結(jié)構(gòu)在中震或大震作用下的極限狀態(tài),必須進(jìn)行深入的理論分析和試驗(yàn)研究,了解地鐵車站等地下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變形規(guī)律及破壞模式,并在此基礎(chǔ)上提出地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震性能定量化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。因此需要發(fā)展一種能夠適應(yīng)于地鐵地下結(jié)構(gòu)的Pushover分析方法,考慮地下結(jié)構(gòu)受周圍地基約束的特點(diǎn),提出地下結(jié)構(gòu)基于位移的抗震分析及設(shè)計(jì)方法,以突破現(xiàn)有承載力設(shè)計(jì)方法的限制,從而使地鐵車站等地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)更為合理和簡(jiǎn)便。4地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施[36] 目前我國(guó)對(duì)地鐵車站及區(qū)間隧道等地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用的抗震構(gòu)造措
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