地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震分析及設計中的幾個關鍵問題

1、地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震分析及設計中的幾個關鍵問題地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震分析及設計中的幾個關鍵問題摘要:針對我國尚缺少完善的地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震分析方法和專門的地鐵結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范的現(xiàn)狀在分析目前我國地鐵等地下結(jié)構(gòu)抗震研究及設計方法的基礎上重點闡述了需要迫切解決的五個關鍵問題: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計

2、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)抗震設計規(guī)范或規(guī)程的制定奠定堅實的基礎。關鍵詞:地鐵地下結(jié)構(gòu)土結(jié)構(gòu)動力相互作用地震反應抗震設計引言隨著城市化的發(fā)展城市交通狀況及環(huán)境條件日趨惡化交通的擁擠和效率低下成為各大城市的通病人們逐漸認識到發(fā)展以地下鐵道為骨干的大運量快速公共交通系統(tǒng)是解決問題的重要途徑[1]。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)濟發(fā)達地區(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、

3、倫敦等[1]。近年來我國的地鐵建設也得到了迅猛的發(fā)展。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年運營里程將達到202km長遠規(guī)劃總里程超過600km。另外上海、廣州、深圳、南京、杭州、沈陽等大城市也正在或者即將建設地鐵或輕軌。可以說我國已經(jīng)進入了地鐵工程建設的黃金時代。地鐵工程是生命線工程的重要組成部分其抗震問題已經(jīng)成為城市工程抗震和防災減災研究的重要組成部分。美國、日本等國家都曾經(jīng)對地

4、鐵等地下結(jié)構(gòu)的抗震設計理論進行了研究提出了一些實用的抗震設計方法[25]。但我國在這一領域的研究相對滯后[56]。迄今為止我國還沒有獨立的地下結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范GB50157—92《地下鐵道設計規(guī)范》和GB50157—2003《地鐵設計規(guī)范》對地鐵的抗震設計都只給出了極為籠統(tǒng)的規(guī)定阪神地震后我國對地鐵等地下結(jié)構(gòu)的抗震問題進行了一系列的研究[1023]但仍然缺少實質(zhì)性進展。為改變目前我國在這一研究領域中的落后局面需要在理論分析、數(shù)值模擬和模

5、型試驗等方面開展更為深入的工作系統(tǒng)地研究地鐵車站及區(qū)間隧道等的地震反應以圖在抗震分析及設計方法與理論基礎方面有實質(zhì)性的突破。目前我國地鐵抗震分析及設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鍵問題主要體現(xiàn)在以下5個方面。1土結(jié)構(gòu)動力相互作用分析模型強地震作用下地下結(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)地基動力相互作用分析模型還應該合理

6、考慮地基半無限性的影響。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場地基非線性。目前對包括鋼筋混凝土等在內(nèi)的結(jié)構(gòu)材料非線性性質(zhì)的研究相對成熟結(jié)構(gòu)地基動態(tài)接觸非線性的研究也已經(jīng)取得較大進展[2425]針對地基半無限性及遠場地基特性的模擬問題已經(jīng)發(fā)展了多種動力人工邊界[2629]關于土的非線性問題(尤其是動力非線性問題)的研究更是發(fā)展出幾十

7、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。上述問題的研究已經(jīng)取得了相當豐富的成果但是如何根據(jù)這些研究成果構(gòu)造合理的地鐵地下結(jié)構(gòu)地震反應分析模型還需要進行深入的研究和探討。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)地震反應及破壞特征的影響顯著。在地震反應過程中周圍地基尤其是上覆土層的重力效應對結(jié)構(gòu)地震對地鐵車站及區(qū)間隧道等地下結(jié)構(gòu)來說周圍地基特性對結(jié)構(gòu)地震反應及