地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計中的幾個關(guān)鍵問題-展示頁
2025-06-16 17:06本頁面
【正文】 我國地鐵等地下結(jié)構(gòu)抗震研究及設(shè)計方法的基礎(chǔ)上,重點闡述了需要迫切解決的五個關(guān)鍵問題:合理的地下結(jié)構(gòu)動力分析模型,高效的地下結(jié)構(gòu)地基系統(tǒng)動力相互作用問題分析方法,合理而實用的地鐵地下結(jié)構(gòu)地震破壞模式和抗震性能評估方法,地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施,地鐵區(qū)間隧道穿越地震斷層的設(shè)計方案及工程措施。這些問題的研究和解決將為地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范或規(guī)程的制定奠定堅實的基礎(chǔ)。地下結(jié)構(gòu)。地震反應(yīng)。實踐證明,地鐵以其快速、高效、清潔的特點,在世界上大多數(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)大城市的客運交通中發(fā)揮著不可替代的作用,比如東京、莫斯科、倫敦等[1]。以北京為例,目前地鐵線路總長114km(包括地面軌道線路),按照《北京奧運行動規(guī)劃》,到2008年運營里程將達(dá)到202km,長遠(yuǎn)規(guī)劃總里程超過600km?？梢哉f,我國已經(jīng)進(jìn)入了地鐵工程建設(shè)的黃金時代。美國、日本等國家都曾經(jīng)對地鐵等地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論進(jìn)行了研究,提出了一些實用的抗震設(shè)計方法[25]。迄今為止,我國還沒有獨立的地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范,GB50157—92《地下鐵道設(shè)計規(guī)范》和GB50157—2003《地鐵設(shè)計規(guī)范》對地鐵的抗震設(shè)計都只給出了極為籠統(tǒng)的規(guī)定,其原因主要是研究工作開展不夠,對地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法缺乏系統(tǒng)研究。地震系數(shù)法用于地下結(jié)構(gòu)抗震計算時具有明顯的缺陷,比如按照地震系數(shù)法,作用在地下結(jié)構(gòu)的水平慣性力隨埋深的增加而增加,這與實際情況明顯不符?？陀^地講,地下結(jié)構(gòu)由于受到地層的約束,加之城市隧道大多采用抗震性能較好的整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及能夠適應(yīng)地層變形的裝配式圓形結(jié)構(gòu),震害明顯低于地上結(jié)構(gòu)[6]。但在1995年日本阪神大地震中,神戶市地鐵車站及區(qū)間隧道遭到嚴(yán)重破壞的事實給這種傳統(tǒng)觀念帶來了巨大的沖擊,引起了眾多地震工作者的極大重視[79]。 目前研究地下結(jié)構(gòu)抗震性能的主要途徑有:原型觀測、模型試驗和數(shù)值模擬。一般是通過原型觀測和模型試驗結(jié)果來部分的或定性的再現(xiàn)實際現(xiàn)象、解釋物理機(jī)制、推斷變化過程、總結(jié)特性規(guī)律和分析災(zāi)變后果,在此基礎(chǔ)上建立合理的能夠反映實際動力相互作用規(guī)律的數(shù)理分析模型,發(fā)展相應(yīng)的數(shù)值分析方法。然后對不同抗震設(shè)計方案進(jìn)行計算分析,盡可能地再現(xiàn)和模擬其實際動力反應(yīng),研究其抗震性能,提出相應(yīng)的抗震對策。 阪神地震后,我國對地鐵等地下結(jié)構(gòu)的抗震問題進(jìn)行了一系列的研究[1023],但仍然缺少實質(zhì)性進(jìn)展。目前我國地鐵抗震分析及設(shè)計中存在諸多問題尚待深入研究,其中目前迫切需要解決的關(guān)鍵問題主要體現(xiàn)在以下5個方面。因此,一個合理的地下結(jié)構(gòu)分析模型既要考慮對半無限地基的模擬,還必須全面考慮4種非線性因素:結(jié)構(gòu)材料非線性、結(jié)構(gòu)地基動態(tài)接觸非線性、近場地基非線性與遠(yuǎn)場地基非線性。結(jié)構(gòu)地基動態(tài)接觸非線性的研究也已經(jīng)取得較大進(jìn)展[2425]。關(guān)于土的非線性問題(尤其是動力非線性問題)的研究更是發(fā)展出幾十種動力非線性本構(gòu)模型[30],目前雖然沒有任何一個模型具有廣泛的適用性,但針對具體的問題也不乏有合理而實用的選擇。 對地鐵車站及區(qū)間隧道等地下結(jié)構(gòu)來說,周圍地基特性對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)及破壞特征的影響顯著。如何合理地反映地基的靜力效應(yīng)及地基半無限性的影響是一個比較重要的問題。由于目前已有的動力人工邊界一般不適用于地下結(jié)構(gòu)地基系統(tǒng)的靜力分析,因而普遍的解決辦法是針對靜力問題和動力問題采用不同的人工邊界。針對不同模型,首先分析靜力問題,然后基于靜力分析結(jié)果進(jìn)行動力分析,最后將兩種分析結(jié)果進(jìn)行組合。因而有必要發(fā)展一種對靜力分析和動力分析均能適用的靜動力統(tǒng)一人工邊界,并提出直接在靜動力統(tǒng)一人工邊界上實現(xiàn)地震波場的輸入方法。2土結(jié)構(gòu)動力相互作用分析的快速高效算法
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