隧道震害特点、分析方法及减震措施

隧道害特、分方法减震措施摘要目前我国地铁建设迅速发展了解地铁区间隧道的抗震性能十分必,本文将综合论述地铁区间的震害特点及减震措并简要阐述目前地铁区间隧道地震反分析的方提出存在题,以更好地为地铁结构设计及抗震设防提供依据。关键词地,地震分方减震0引地下铁道是城市现代化交通工具,是战时重要的人防工,虽然地工程结构有周围土体对变形位移的约束作,使其在受震时所产生的振幅大为减,受震害的程度较地面建筑为轻但强震给地下结构带来的影不容这一点已被1995年日本阪神大地震所证实日这次地震使得地铁区间隧道及地铁车站受到严重破,甚至出现地铁车站完全倒塌的先例地铁结构一旦发生破坏由于其修复困,往往造成严重的经损失所加强研究地结构的抗震性能对地下结构地震应分析方法及减震措施提出响应的建议十分必要本将针对这些问题进行初步探讨。1地区间隧道震害特点地铁区间隧道属于线性结,地震荷载的作用,由于周围质的存在其动态反应会呈现出与地面建筑不同的特,主要表现为:(1)地隧道的振动变形受周围介质的约束作用明,受震害程度较轻结的动力反应一般不明显表现出自震特性特别是低阶模态的影响。(2)地荷载的作用下地铁区间隧道和其周围介质一起产生运当结构存在明显惯性或周围介质与结构间的刚度失配,结构会产生过度变形而破坏。(3)地区间隧道的震害多发生在地质条件有较大变化的区,如土质由硬质到软质的过

带该带地层间的相对位移较大直接导致结构发生破,相反如果地质条件均,即便震级较大结构也较安全铁路总监(4)地区间隧道如果穿过地质不良地,断层、沙土液化区等也易遭震害。(5)结断面形状及刚度发生明显变化的部,如隧洞进出隧洞转弯部位及两洞相交部位均为抗震的薄弱环节。(6)区隧道的破坏形式主要是弯曲裂缝、竖向裂,及混凝土脱落钢筋外露等。2地区间隧道地震反应分析方法2.1震反应分析方法以上震害特点是通过实际的震害分析得出,在进地铁抗震设计时十分有必要通过数值分析了解其具体的动力行,如何对地铁区间隧道及其周围土体这一结构复合系统进行地震反应分析是很值得探讨的一个问题过网上检索该方面研究很少地结构物的下方存在这一个实际基岩层或相当深处存在这个假想的基岩则认为基岩面以上的介质及结构在地震力作用下对基岩层面发生相运整个体系由于基岩面的运动而引起震动。由于地铁区间隧道沿纵向较长分析其动力响应问题可简化为平面应变问,首先进行体系离散根据分析方法的不,可将体离散成两种计算网格一种是使用八结点平面等参元对区间隧道结构及周围土体进行离,如图所示;第二种方法用八结点平面等参元与六结点单向无限元及四结点双向无限元耦合进行分,计算网格如图2示,左、右、下边界无限延伸上界为自由边界。根据达朗贝尔原,建立体系的运动方程为式,[M]、[K]分别为体系的总体质量矩阵和总体刚度矩,由各单元的质量矩阵和刚矩阵组合而体系的单元刚度矩阵为

[kij]e=[B]T[Dep][B]t式中t为元厚度△单元面积[B]为应变阵[Dep]为弹塑性矩阵体系的单元质量矩阵采用一致质量矩:[mij]e=∫V[N]T[N]dV[C]为体系的总体阻尼矩,由Rayleigh性组合法确定α[K]αβ为尼;按两种不同的振动频率下测得的阻尼比加以确定。其中{Ix}=[0,1,0,1,,0,1]T称为振矢量Ug¨(t)为散的地震加速度值。以EICentro地水平记录作为加速度输入。计算网格的左右边界采用竖向约下边界采用固定边界上界为自由边界。铁路总监地铁结构的振动形态受地震波入射方向的影响较,以前人们认为水平地震力是导致结构破坏的主要因素研究表明竖向地震力对结构的破坏也不容忽,所分析中不应单独考虑一个方向的地震,现在对竖向地震力的分析采用量,但该法只能析出竖向地震荷载作用下结构所受地震力与结构自重的比,法全面了解结构的动力行,在很大局限,用有限元法能全面分析结构的位移速度应的变化(1)式竖向激振时Ug¨{Iy}=[10,1,0,关竖向加速度值的采,一般酌情用水平值的0倍若有地震竖向加速度记,应用实记录EICentro竖地震记,如图3所示限计算网格的左右边界采用水平约,下边界固定上边界自由采用Newmark隐式间积分法求解方程1),即可得出水平及竖向地震荷分别作用下任一结点的位移时程、加速度时;单元内任一高斯点在某时刻的主应力大小平面分析方法对解地铁区间隧道任一

断面的地震反应有很大作[3,4]分析地铁入口、隧道转弯等处的地震特性可采用空有限元进行分析网如4,笔者采用的以上析方法有以下特:考虑了材料的非线性(2)采莫尔库屈服准则并对超出屈服点的应力进行调;(3)在线性问的求过程中采用初始刚度法和切线刚度法相结合的方,并以初始度法为主(4)可考虑水平及竖向地震力的作用分析中值得注意的问题无论用平面分析方法还是空间分析法均应注意以下问:(1)采有限元进行分析,分析范围应不小于结构尺寸倍注边界条件的选取下边界最好取到基岩顶面(2)用限元虽可以模拟边界条件但分析范围如何,即在何处有限元与无限元耦,值得进一步探讨一般认为要使有限元的分析范围能够包含体系塑性反;(3)地与地面结构的交界处道弯部位及两洞相交部,由于受力状复,而这些地方又是抗震的薄弱环,应注意对这些关键部位进数值分;(4)地结构的振动形态受地震波入射方向的影响较,分析中不单独考虑一个方向的地震力要考虑到水平及竖向地震力共同作用。以上分析只能得出竖向及水平地震力分别作用下的动力响应如何考虑两者的共同作用值得进一步探讨。

3减措施根据地铁区间隧道震害特点及动态反应分析结,应从以下几个方面采取措施以减轻震:(1)地方面地选线时要考虑将之置均匀、稳定地层,远离断层、风带及液化;(2)结方面一应采用对称结,避免截尺寸变化过大结构中的结点应尽量用弹性结点区隧道转弯处交角不应过,强出口处的抗震设防;(3)埋条件许可尽量增加隧洞的埋,以减轻;(4)抗缝的设:隧洞纵向隔一定距离设置抗震缝以减轻变形的累,减震害;(5)施方法施条件允许的情况,尽量不采用明挖法施,采用该法施工必须注意回填土要密实回土的性质与地基土类型相。4结语目前地铁设日益发而地下构的抗震研又明滞后于地面结构的抗震研,文中综合论述地铁区间隧道的震害特点及减震措,阐述了目地铁地震反应分析方平面八结点有限元法、平面八结点有限元与六结点无限元及四结点无限元耦合法、空20点有限元法相分析结果可参文[3,4],提出了分析中需进一步研究的问,希望能起到抛砖引玉的作用对地铁结构的抗震设计有所帮助。

参考文献1AnXuehuietal.Cementandco