淺談綜合管廊在地震荷載作用下研究現(xiàn)狀

1、    淺談綜合管廊在地震荷載作用下研究現(xiàn)狀    王洪宇王皓郜品一摘 要：本文主要介紹地下綜合管廊的破壞形態(tài)，指出研究地下綜合管廊抗震性能的必要性，闡述兩種地下結(jié)構(gòu)抗震的理論與計(jì)算方法，并對(duì)兩種計(jì)算方法進(jìn)行步驟及特點(diǎn)予以說(shuō)明。關(guān)鍵詞：綜合管廊；破壞形態(tài)；設(shè)計(jì)方法：tu990 ：a一、綜合管廊在地震荷載作用下破壞形態(tài)當(dāng)今，地下綜合管廊的建設(shè)與發(fā)展已迫在眉睫，生產(chǎn)有重大影響的工程系統(tǒng)被人們形象地稱(chēng)之為生命線系統(tǒng)。然而人們對(duì)于地震所帶來(lái)的對(duì)地下設(shè)施的危害卻沒(méi)有太深刻的認(rèn)識(shí)，1976年，唐山7.8級(jí)地震，使這個(gè)有百萬(wàn)人口的工業(yè)重鎮(zhèn)遭受滅頂之災(zāi)，瞬間夷為平地，而

2、這場(chǎng)地震也導(dǎo)致唐山市區(qū)地下200多km供水管線全線癱瘓，燃?xì)狻⒚簹夤芫€多處發(fā)生爆炸，對(duì)抗災(zāi)救援以及災(zāi)后重建工作造成了極大的阻礙。距離關(guān)東地震震源10km左右地下通道被地震荷載拉裂產(chǎn)生裂縫以及崩塌現(xiàn)象，破壞形態(tài)主要體現(xiàn)為在施工縫處產(chǎn)生了位置錯(cuò)動(dòng)。地下結(jié)構(gòu)的破壞主要出現(xiàn)在地質(zhì)條件變化較大地段、地下結(jié)構(gòu)截面變化處以及埋藏較淺的地下結(jié)構(gòu)受到地震荷載影響也十分明顯。地震對(duì)于地下管廊的破壞大抵有如下規(guī)律：（1）地震強(qiáng)度越大，管線破壞程度越嚴(yán)重。（2）管線的材料不同，地震所造成的危害也不同，大抵按石棉水泥管、塑料管、鑄鐵管、延性鑄鐵管的順序，地震震害逐漸減輕。（3）剛性接口的管線震害大于柔性接口的管線震害。

3、（4）管線越細(xì)震害越嚴(yán)重。二、綜合管廊抗震兩種設(shè)計(jì)方法對(duì)于地下綜合管廊的抗震有很多，現(xiàn)主要有以下兩種分析方法。靜力彈塑性分析方法是一種介于彈性分析和動(dòng)力彈塑性分析之間的方法。其理論核心是“目標(biāo)位移法”和“承載力譜法”。最為關(guān)鍵的地方則在于建筑結(jié)構(gòu)所承受的側(cè)向荷載的分布模式，而相對(duì)次要的則是建筑所受荷載的加載方式。地下抗震工程中，應(yīng)變傳遞法、反應(yīng)位移法等多種設(shè)計(jì)計(jì)算方法都可歸為擬靜力彈塑性分析法一類(lèi)。對(duì)于地下管廊來(lái)說(shuō)，在地震作用下受力主要以體積力為主，由此而知，在對(duì)地下管廊系統(tǒng)進(jìn)行擬靜力分析時(shí)，需在計(jì)算模型中施加水平慣性體積力。具體步驟如下：（1）首先應(yīng)建立自由場(chǎng)模型，依據(jù)已知的土樣參數(shù)，進(jìn)行地

4、震波作用下的土層反應(yīng)與分析。進(jìn)行計(jì)算求解出自由場(chǎng)土體沿深度分布的水平等效加速度。（2）最后，則需要建立一個(gè)地下管廊有限元模型，在其底部采取固定邊界，在兩側(cè)邊界節(jié)點(diǎn)采用豎直向約束，水平向采用自由形式。按照地下管廊周?chē)翆拥乃谖恢弥鸩绞┘由弦徊街械玫降难厣疃确植嫉乃綉T性加速度，至于地下管廊模型中的結(jié)構(gòu)部分也按照其所在周?chē)翆拥纳疃任恢米饔盟降刃T性加速度，然后按照慣性有限元方法進(jìn)行求解。地下結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析方法有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）概念清晰明了，可以準(zhǔn)確地反應(yīng)土與結(jié)構(gòu)間的相互作用，又不用考慮相互作用中的計(jì)算系數(shù)；同時(shí)還可以考慮比較復(fù)雜的斷面形式以及地質(zhì)條件的影響。（2）地下結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分

5、析方法中的水平等效慣性加速度的求解方法較為簡(jiǎn)單，并且容易在土與結(jié)構(gòu)模型中施加，方便在設(shè)計(jì)時(shí)的工作人員使用。（3）這種方法可以考慮強(qiáng)地震作用下土與結(jié)構(gòu)非線性的影響，以便實(shí)現(xiàn)不可預(yù)見(jiàn)的地震發(fā)生時(shí)作用的彈塑性分析。反應(yīng)位移法采用土-結(jié)構(gòu)相互作用模型來(lái)直接反應(yīng)土體與結(jié)構(gòu)間的相互作用，可以避免引入地基彈簧帶來(lái)的計(jì)算量和計(jì)算誤差。整體式反應(yīng)位移法是一個(gè)精度高、計(jì)算簡(jiǎn)便、適用性很強(qiáng)的擬靜力計(jì)算方法，可以用于地下結(jié)構(gòu)的抗震分析與設(shè)計(jì)中。對(duì)于復(fù)雜斷面結(jié)構(gòu)，已經(jīng)不適用進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，所以才提出了整體式反應(yīng)位移法。具體步驟如下：（1）計(jì)算出自由場(chǎng)地地震反應(yīng)。設(shè)立自由場(chǎng)形式，進(jìn)行輸入地震作用下的土層地震反應(yīng)分析，并且

6、計(jì)算出所對(duì)應(yīng)位置的土體變形和土體加速度。（2）計(jì)算出等效的地震的動(dòng)荷載。建成不間斷的自由場(chǎng)土體的有限元形式。在地下管廊的結(jié)構(gòu)模型的相對(duì)應(yīng)位置施加求得的土體變形，計(jì)算出結(jié)構(gòu)反力。計(jì)算出結(jié)構(gòu)慣性力。得出的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)模型位置處的反應(yīng)加速度，作用于結(jié)構(gòu)上作為結(jié)構(gòu)慣性力。（3）構(gòu)建地下結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算分析。構(gòu)建土-結(jié)構(gòu)的作用模型，將結(jié)構(gòu)模型的邊界固定，并且采用第二步與第三步中得出的地震作用，依據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。地下管廊抗震反應(yīng)分析整體式反應(yīng)位移法的特點(diǎn)：（1）整體式反應(yīng)位移法與一般動(dòng)力有限元方法相比，這種方法不需要進(jìn)行其他的分析計(jì)算，僅需進(jìn)行自由場(chǎng)地上的土體地震反應(yīng)討論與計(jì)算，防止了對(duì)土體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進(jìn)行

7、復(fù)雜的動(dòng)力作用分析，在確保計(jì)算準(zhǔn)確性的同時(shí)，極大地減少了問(wèn)題中的不確定性，為設(shè)計(jì)人員提供了便利。（2）與普通的反應(yīng)位移法相比較來(lái)說(shuō)，這種方式的概念較為清晰，按照土體結(jié)構(gòu)的有限元模型來(lái)清楚地體現(xiàn)出土體與建筑物之間的互相作用，減少了地基中的彈簧系數(shù)所帶來(lái)的復(fù)雜性，增強(qiáng)計(jì)算準(zhǔn)確度的同時(shí)減少了工作量。研究抗震反應(yīng)以及抗震分析與計(jì)算，在兩種方法之間顯然第二種方法較為簡(jiǎn)單與全面。對(duì)于地下綜合管廊的抗震實(shí)例來(lái)說(shuō)，兩種方法各有所長(zhǎng)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體分析，以便于選擇出更好的方法進(jìn)行研究與計(jì)算。結(jié)語(yǔ)因此，在城市現(xiàn)代化速度越來(lái)越快的今天，城市地下綜合管廊的建設(shè)已經(jīng)逐漸完善，不過(guò)我們對(duì)于地震災(zāi)害對(duì)地下結(jié)構(gòu)的危害還認(rèn)識(shí)得不夠透徹，所以我們更加應(yīng)該重視地下綜合管廊的抗震措施，加大對(duì)地下結(jié)構(gòu)抗震的研究力度，使得地下綜合管廊抗震理論逐步完善起來(lái)。參考文獻(xiàn)1劉晶波，等.地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的靜力彈塑性分析方法j.土木工程學(xué)報(bào)，2007，40（7）：68-76.2于翔，陳啟亮，趙