摘 要：目前我國(guó)還沒(méi)有系統(tǒng)完善的地鐵等地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法和專業(yè)的地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，本文首先總結(jié)了我國(guó)地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，圍繞地鐵設(shè)計(jì)當(dāng)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)討論，問(wèn)題包括：合理的地鐵工程結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析模型；有效的結(jié)構(gòu)和土動(dòng)力相互作用分析方法；地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)破壞模式和地鐵抗震性能的評(píng)估；地鐵工程結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施和地鐵穿過(guò)地震斷層時(shí)的設(shè)計(jì)和施工方法。這些問(wèn)題的分析和討論有助于我國(guó)地鐵工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：地鐵 抗震設(shè)計(jì) 地下結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：P315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（b）-0059-01

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)日新月異，城市交通的壓力也越來(lái)越大，地鐵以其高效、快速和清潔的優(yōu)點(diǎn)成為各大城市的選擇。到目前為止，我國(guó)已進(jìn)入了地鐵建設(shè)的黃金期。與此同時(shí)，必須認(rèn)識(shí)到地鐵工程也是城市生命線工程，地鐵工程的抗震問(wèn)題是城市防災(zāi)減災(zāi)和抗震的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有獨(dú)立的地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，現(xiàn)行《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》在地鐵的抗震問(wèn)題上只是做了簡(jiǎn)單的規(guī)定，沒(méi)有對(duì)地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)和歸納。出現(xiàn)這些問(wèn)題的原因是由于人們對(duì)地下結(jié)構(gòu)的地震危害認(rèn)識(shí)不夠，對(duì)地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)不夠重視，客觀地說(shuō)，地鐵等地下結(jié)構(gòu)的地震危害小于地上結(jié)構(gòu)，但是國(guó)外的地震災(zāi)害（如1995年日本阪神大地震）證明在地下底層發(fā)生較大位移或變形時(shí)，地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)同樣會(huì)發(fā)生很嚴(yán)重的災(zāi)害，地鐵等地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題應(yīng)該重視。

目前對(duì)地鐵等地下結(jié)構(gòu)抗震性能的研究主要是通過(guò)原型觀測(cè)、模型試驗(yàn)及數(shù)值模擬進(jìn)行，由于抗震問(wèn)題的復(fù)雜性，沒(méi)有哪一種方法能夠全面且真實(shí)的解釋和模擬地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能，而需要結(jié)合三種方法的結(jié)論進(jìn)行綜合比較分析。本文主要分析總結(jié)地鐵抗震分析設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

1 結(jié)構(gòu)和土相互作用的分析模型

在地震作用時(shí)，地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)和土?xí)霈F(xiàn)彈塑性和非線性的特點(diǎn)，相互之間的接觸有可能出現(xiàn)局部的滑移和脫離。因此，在建立結(jié)構(gòu)和土相互作用結(jié)構(gòu)模型時(shí)要考慮結(jié)構(gòu)材料的非線性、結(jié)構(gòu)和地基接觸的非線性、近場(chǎng)地基和遠(yuǎn)場(chǎng)地基的非線性等因素。目前對(duì)這幾種非線性的單個(gè)研究已經(jīng)很成熟，但是在實(shí)際工程中如何綜合利用這些非線性的研究成果來(lái)建立合理的地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)的分析模型還要進(jìn)一步的討論。

地鐵車站等地下結(jié)構(gòu)受到場(chǎng)地周圍地基地震反應(yīng)的影響十分顯著，在地震作用時(shí)，地鐵周圍的土特別是上層覆土的重力作用對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響不容忽視，因此，如何在分析模型中體現(xiàn)地鐵地基的靜力作用和地基的半無(wú)限性也是一個(gè)很重要的問(wèn)題。解決這一問(wèn)題主要靠合理的設(shè)定靜力人工邊界和動(dòng)力人工邊界，但是目前的邊界模型一般來(lái)說(shuō)不適合應(yīng)用與地下結(jié)構(gòu)，很有必要發(fā)展一種對(duì)靜力分析及動(dòng)力分析都可以適用的靜力—?jiǎng)恿θ斯み吔纾苯釉谶吔缟陷斎氲卣鸩?，?jì)算結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。

2 結(jié)構(gòu)的地震破壞模式及抗震能力的評(píng)估

現(xiàn)在常用的動(dòng)力時(shí)程分析方法適合分析地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)，但是應(yīng)用這種方法進(jìn)行地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)評(píng)估和抗震設(shè)計(jì)時(shí)就有一些不足。地面建筑結(jié)構(gòu)主要通過(guò)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在地震作用下的彈塑性變形來(lái)進(jìn)行抗震能力的評(píng)估，對(duì)于地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，計(jì)算結(jié)構(gòu)在地震作用下的彈塑性變形也是十分必要的。相對(duì)地面結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，在應(yīng)用地震時(shí)程分析方法對(duì)地下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)計(jì)算量很大，且計(jì)算的結(jié)果手地震波的影響也很大，計(jì)算結(jié)果應(yīng)用與rnVgiB19xN3I0TF76ai20b2DS+lRSNN2jUZsZJT8PQQ=地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)有困難。此外廣泛應(yīng)用于地上結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的靜力增量分析法和prnVgiB19xN3I0TF76ai20b2DS+lRSNN2jUZsZJT8PQQ=ush-over方法，受到地上結(jié)構(gòu)和地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)規(guī)律不同的影響，也無(wú)法適用于地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算。此外，和地上結(jié)構(gòu)不同，地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)受到周圍地基的約束很大，地下結(jié)構(gòu)整體在發(fā)生很小的變形時(shí)，在局部會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)力，不能把地上結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于地下結(jié)構(gòu)?？偨Y(jié)地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)受到地震作用時(shí)的內(nèi)力-變形規(guī)律和破壞模式，有必要進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)研究和理論分析，考慮地下結(jié)構(gòu)受到地基約束的特點(diǎn)，提出地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)和分析方法，建立地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)抗震性能的量化指標(biāo)體系，使地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)更加合理。

3 地鐵結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施沒(méi)有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)和標(biāo)準(zhǔn)。有人認(rèn)為在地下結(jié)構(gòu)和地上結(jié)構(gòu)一同建造時(shí)，才需要按照地面結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)只有地下結(jié)構(gòu)時(shí)，地下結(jié)構(gòu)受到地基的約束較強(qiáng)，地震作用時(shí)不會(huì)有交變內(nèi)力出現(xiàn)，不需要對(duì)單建的地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震構(gòu)造的設(shè)計(jì)。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)需要按照地面民用建筑的抗震構(gòu)造措施進(jìn)行設(shè)計(jì)?？偟膩?lái)看，這兩種觀點(diǎn)都不全面，地下結(jié)構(gòu)不同于地上結(jié)構(gòu)，但是也不能忽視地震對(duì)地下結(jié)構(gòu)的破壞，而是應(yīng)該根據(jù)不同的施工方法和圍巖條件，計(jì)算分析地下結(jié)構(gòu)在地震作用時(shí)的破壞特點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)?？拐饦?gòu)造是提高結(jié)構(gòu)在地震作用時(shí)整體抗震能力，增加結(jié)構(gòu)延性的重要手段，在一定的條件下，設(shè)置抗震構(gòu)造措施會(huì)比單一的提高結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)更加經(jīng)濟(jì)合理。地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造應(yīng)該重在改善結(jié)構(gòu)的薄弱部位，提高結(jié)構(gòu)的耗能能力，增加結(jié)構(gòu)的整體延性。

4 地鐵等地下結(jié)構(gòu)穿越地震斷層時(shí)的設(shè)計(jì)和施工

我國(guó)的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2001要求建筑物的選址應(yīng)該避開(kāi)地震斷層，防止地震作用時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞。這一要求對(duì)地面建筑來(lái)說(shuō)是合適可行的，但是對(duì)于地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，穿越地震斷層有時(shí)候無(wú)法避免。目前我國(guó)有對(duì)地埋管線和地下管道等小斷面結(jié)構(gòu)穿越地震斷層的抗震設(shè)計(jì)研究，對(duì)地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)的研究還不多。伴隨著在我國(guó)北京上海等大城市進(jìn)行的地震活動(dòng)斷層的勘探，對(duì)地震斷層區(qū)域的掌握，有必要根據(jù)地震活動(dòng)斷層的特點(diǎn)，對(duì)地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的抗震設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)的安全可靠。

5 結(jié)論

地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)的造價(jià)高、設(shè)計(jì)使用周期長(zhǎng)，是生命線工程，發(fā)生破壞時(shí)，造成的損失巨大，修復(fù)十分困難，造成的經(jīng)濟(jì)損失大。伴隨著我國(guó)地鐵建設(shè)高潮的來(lái)臨，有必要完善地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)的抗震分析設(shè)計(jì)方法和抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)造，開(kāi)展地鐵等地下工程結(jié)構(gòu)的抗震試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬都具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

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