地鐵區(qū)間隧道震害特點(diǎn)、震害分析方法及減震措施的探討-建筑工程

1、地鐵區(qū)間隧道震害特點(diǎn)、震害分析方法及減震措施的探討-建筑工程    摘 要: 目前 ,我國(guó)地鐵建設(shè)迅速 發(fā)展 ,了解地鐵區(qū)間隧道的抗震性能非常必要,本文將綜合論述地鐵區(qū)間的震害特點(diǎn)及減震措施,并簡(jiǎn)要闡述目前地鐵區(qū)間隧道地震反應(yīng) 分析 的 方法 ,提出存在 問題 ,以期更好地為地鐵結(jié)構(gòu)想象及抗震設(shè)防提供依據(jù)        摘要: 目前 ,我國(guó)地鐵建設(shè)迅速 發(fā)展 ,了解地鐵區(qū)間隧道的抗震性能非常必要,本文將綜合論述地鐵區(qū)間的震害特點(diǎn)及減震措施,并簡(jiǎn)要闡述目前地鐵區(qū)間隧道地震反應(yīng)

2、分析 的 方法 ,提出存在 問題 ,以期更好地為地鐵結(jié)構(gòu)想象及抗震設(shè)防提供依據(jù)。     關(guān)鍵詞:地鐵,地震,分析方法,減震 0引言      地下鐵道是城市 現(xiàn)代 化 交通 工具,且是戰(zhàn)時(shí)重要的人防工程,雖然地下工程結(jié)構(gòu)有周圍土體對(duì)變形位移的約束作用,使其在受震時(shí)所產(chǎn)生的振幅大為減少,受震害的程度較地面建筑為輕,但強(qiáng)震給地下結(jié)構(gòu)帶來的 影響 不容忽視,這一點(diǎn)已被1995年日本阪神大地震所證實(shí),日本這次地震使得地鐵區(qū)間隧道及地鐵車站受到嚴(yán)重破壞,以至出現(xiàn)地鐵車站完全倒塌的先例,地鐵結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生破壞由于其修

3、復(fù)困難,往往造成嚴(yán)重的 經(jīng)濟(jì) 損失,所以加強(qiáng) 研究 地下結(jié)構(gòu)的抗震性能,對(duì)地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析方法及減震措施提出響應(yīng)的建議非常必要,本文將針對(duì)這些問題進(jìn)行初步探討。1 地鐵區(qū)間隧道震害特點(diǎn)      地鐵區(qū)間隧道屬于線性結(jié)構(gòu),在地震荷載的作用下,由于周圍介質(zhì)的存在,其動(dòng)態(tài)反應(yīng)會(huì)呈現(xiàn)出與地面建筑不同的特性,主要表現(xiàn)為:      (1)地鐵隧道的振動(dòng)變形受周圍介質(zhì)的約束作用明顯,受震害程度較輕,結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)一般不明顯表現(xiàn)出自震特性,特別是低階模態(tài)的影響。   

4、60;  (2)地震荷載的作用下,地鐵區(qū)間隧道和其周圍介質(zhì)一起產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),當(dāng)結(jié)構(gòu)存在明顯慣性或周圍介質(zhì)與結(jié)構(gòu)間的剛度失配時(shí),結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生過度變形而破壞。       (3)地鐵區(qū)間隧道的震害多發(fā)生在地質(zhì)條件有較大變化的區(qū)域,如土質(zhì)由硬質(zhì)到軟質(zhì)的過渡帶,該地帶地層間的相對(duì)位移較大直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,相反如果地質(zhì)條件均勻,即便震級(jí)較大,結(jié)構(gòu)也較安全。      (4)地鐵區(qū)間隧道如果穿過地質(zhì)不良地帶,如斷層、沙土液化區(qū)等也易遭震害。     

5、 (5)結(jié)構(gòu)斷面形狀及剛度發(fā)生明顯變化的部位,如隧洞進(jìn)出口,隧洞轉(zhuǎn)彎部位及兩洞相交部位均為抗震的薄弱環(huán)節(jié)。      (6)區(qū)間隧道的破壞形式主要是彎曲裂縫、豎向裂縫,及混凝土脫落,鋼筋外露等。2 地鐵區(qū)間隧道地震反應(yīng)分析方法2.1地震反應(yīng)分析方法      以上震害特點(diǎn)是通過實(shí)際的震害分析得出的,在進(jìn)行地鐵抗震想象時(shí),非常有必要通過數(shù)值分析了解其具體的動(dòng)力行為,如何對(duì)地鐵區(qū)間隧道及其周圍土體這一結(jié)構(gòu)復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行地震反應(yīng)分析是很值得探討的一個(gè)問題。通過網(wǎng)上檢索該方面研究很少。若地下結(jié)構(gòu)物的下方存

6、在這一個(gè)實(shí)際基巖層,或在相當(dāng)深處存在這一個(gè)假想的基巖層,則認(rèn)為基巖面以上的介質(zhì)及結(jié)構(gòu)在地震力作用下,對(duì)于基巖層面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),整個(gè)體系由于基巖面的運(yùn)動(dòng)而引起震動(dòng)。由于地鐵區(qū)間隧道沿縱向較長(zhǎng),分析其動(dòng)力響應(yīng)問題可簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問題,首先進(jìn)行體系離散,根據(jù)分析方法的不同,可將體系離散成兩種 計(jì)算 網(wǎng)格,一種是運(yùn)用八結(jié)點(diǎn)平面等參元對(duì)區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)及周圍土體進(jìn)行離散,如圖1所示;第二種方法用八結(jié)點(diǎn)平面等參元與六結(jié)點(diǎn)單向無限元及四結(jié)點(diǎn)雙向無限元耦合進(jìn)行分析,計(jì)算網(wǎng)格如圖2所示,左、右、下邊界無限延伸,上邊界為自由邊界。根據(jù)達(dá)朗貝爾原理,建立體系的運(yùn)動(dòng)方程為     

7、  式中,M、K分別為體系的總體質(zhì)量矩陣和總體剛度矩陣,由各單元的質(zhì)量矩陣和剛度矩陣組合而成;體系的單元?jiǎng)偠染仃嚍閗ije=BTDepBt 式中t為單元厚度;為單元面積;B為應(yīng)變矩陣。Dep為彈塑性矩陣;體系的單元質(zhì)量矩陣采用一致質(zhì)量矩陣: mije=VNTNdV C為體系的總體阻尼矩陣,由RaylEigh線性組合法確定: C=            kije=BTDepBt      式中t為單元厚度;為單元面積;

8、B為應(yīng)變矩陣。Dep為彈塑性矩陣;體系的單元質(zhì)量矩陣采用一致質(zhì)量矩陣:mije=VNTNdV      C為體系的總體阻尼矩陣,由RaylEigh線性組合法確定:C=M+K      、為阻尼常數(shù);可按兩種不同的振動(dòng)頻率下測(cè)得的阻尼比加以確定。       其中Ix=0,1,0,1,0,1T稱為激振矢量, Ug¨(t)為離散的地震加速度值。以EICentro地震水平記錄作為加速度輸入。計(jì)算網(wǎng)格的左右邊界采用豎向約束,下邊界采用固定邊界,上邊界為自由邊界。      地鐵結(jié)構(gòu)的振動(dòng)形態(tài)受地震波入射方向的影響較大,以前人們認(rèn)為水平地震力是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的主要因素,研究表明豎向地震力對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞也不容忽視,所以分析中