地鐵車站抗震設(shè)計(jì)探討

1、地鐵車站抗震設(shè)計(jì)討論【摘要】本文根據(jù)某地鐵車站震害分析和地震作用機(jī)理的根底上，總結(jié)目前地鐵車站構(gòu)造的地震動(dòng)力反響分析研究現(xiàn)狀和需要解決的關(guān)鍵問題，對(duì)地鐵車站抗震設(shè)計(jì)提出建議。引言1地鐵車站震害實(shí)例分析在阪神地震中，神戶市地鐵多數(shù)車站有震害現(xiàn)象發(fā)生，尤其是大開車站Daikai Subway Station和上澤車站Kamisawa Station，破壞最為嚴(yán)重，混凝土中柱開裂倒塌、頂板和樓板斷裂坍塌、側(cè)墻開裂等破壞現(xiàn)象隨處可見。其他車站的中柱、頂板、樓板和側(cè)墻部位也有破壞現(xiàn)象，但總體來(lái)說(shuō)，破壞較為細(xì)微。該車站用明挖法于1964年建成，中間柱4001000?，?3.5m約30根完全破壞，頂板下沉約

2、3m，車站斷面變成M形，中柱上端或下端混凝土剝落，鋼筋屈曲。在線路方向及垂直方向上，軸向鋼筋鼓出，箍筋也有許多破壞的，在側(cè)墻的隅角部位也發(fā)生裂縫及變位但無(wú)顯著破壞。2 地鐵車站震害機(jī)理分析地鐵車站震害形態(tài)的差異與地震強(qiáng)度、震源距、地震波的特性、地震力的作用方向、地質(zhì)條件、車站構(gòu)造與周圍土體介質(zhì)的相對(duì)剛度及施工方法、施工的難易程度等有親密關(guān)系。根據(jù)以往地下構(gòu)造在地震時(shí)所表現(xiàn)的行為可知，地震的主要或次要效應(yīng)均可使車站構(gòu)造遭受破壞。該效應(yīng)包括兩個(gè)方面：第一種效應(yīng)是土體失穩(wěn)，指土體的變形、差異位移、震陷和液化。該類型的破壞多數(shù)發(fā)生在水文地質(zhì)條件變化較大、斷層破碎帶、淺埋地段或車站構(gòu)造剛度遠(yuǎn)大于周圍土層

3、剛度的土體介質(zhì)中，是目前公認(rèn)的主要破壞形式。第二種效應(yīng)是地震慣性力，指強(qiáng)烈的地層運(yùn)動(dòng)在構(gòu)造中所產(chǎn)生的慣性力所造成的破壞。該類型的破壞多數(shù)發(fā)生在淺埋或明挖的車站構(gòu)造，在這些地方地震慣性力的作用表現(xiàn)得比較明顯。除此之外，淺埋車站構(gòu)造的地震破壞比深埋車站構(gòu)造發(fā)生的頻度和程度都要高很多，因?yàn)樵跍\埋地段可能受到上述雙重類型的破壞作用。地震工程學(xué)院胡聿賢認(rèn)為，對(duì)于地下構(gòu)造，其抗震才能的重要問題在于土體的地震變形和構(gòu)造對(duì)于這種變形的適應(yīng)性。所以地鐵車站抗震設(shè)計(jì)不但要求構(gòu)造在靜載和地震荷載作用下具有足夠的強(qiáng)度，而且能最大程度的吸收地震產(chǎn)生的變形。所以，地鐵構(gòu)造的抗震設(shè)計(jì)原那么應(yīng)當(dāng)考慮這種破壞作用，使設(shè)計(jì)的構(gòu)造

4、應(yīng)有足夠的韌性以吸收地震所產(chǎn)生的相位衍生應(yīng)力和強(qiáng)迫變位，同時(shí)又不損害其承受靜載的才能。3 地鐵車站構(gòu)造地震反響動(dòng)力分析強(qiáng)地震作用下，地下構(gòu)造與周圍土體質(zhì)可能呈現(xiàn)明顯的非線性、彈塑性狀態(tài)，地下構(gòu)造與土體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，因此，一個(gè)合理的地下構(gòu)造動(dòng)力分析模型必須全面考慮四種非線性因素：構(gòu)造材料非線性、土-構(gòu)造動(dòng)態(tài)接觸非線性、近場(chǎng)地土非線性與遠(yuǎn)場(chǎng)地土非線性，同時(shí)還應(yīng)該合理考慮周圍土體半無(wú)限性的影響。目前對(duì)包括鋼筋混凝土等在內(nèi)的構(gòu)造材料非線性性質(zhì)的研究相對(duì)成熟，土-構(gòu)造動(dòng)態(tài)接觸非線性的研究也已經(jīng)獲得了較大進(jìn)展，針對(duì)土體半無(wú)限性及遠(yuǎn)場(chǎng)地土特性的模擬問題已經(jīng)開展了多種動(dòng)

5、力人工邊界，關(guān)于土的非線形問題尤其是動(dòng)力非線形問題的研究更是開展出幾十種動(dòng)力非線形本構(gòu)模型。目前雖然沒有任何一個(gè)模型具有廣泛的適用性，但針對(duì)詳細(xì)問題也不乏有合理而實(shí)用的選擇。對(duì)地鐵車站構(gòu)造來(lái)說(shuō)，周圍土體特性對(duì)構(gòu)造地震反響及破壞特征的影響顯著。在地震作用過(guò)程中，周圍土體尤其是上覆土層的重力效應(yīng)對(duì)構(gòu)造地震反響會(huì)產(chǎn)生不容無(wú)視的影響。如何合理的反映土體的靜力效應(yīng)及周圍土體介質(zhì)半無(wú)限性的影響是一個(gè)比較重要的問題。這一問題的解決涉及到動(dòng)力人工邊界及靜力人工邊界的合理確定和設(shè)置。目前已有的動(dòng)力人工邊界一般不適用于土-構(gòu)造動(dòng)力互相作用分析，不能很好的反映地下構(gòu)造周圍土體的重力效應(yīng)對(duì)非線形構(gòu)造地震反響的影響。因

6、此有必要開展一種對(duì)靜力分析和動(dòng)力分析均能適用的靜-動(dòng)力統(tǒng)一人工邊界，并提出直接在靜-動(dòng)力統(tǒng)一人工邊界上實(shí)現(xiàn)地震波場(chǎng)的輸入方法。基于靜-動(dòng)力統(tǒng)一人工邊界建立一個(gè)可考慮上覆土層的重力效應(yīng)、實(shí)現(xiàn)強(qiáng)地震作用有效輸入、合理反映構(gòu)造材料非線形、土-構(gòu)造動(dòng)接觸非線形、近場(chǎng)地土非線形與遠(yuǎn)場(chǎng)地土非線形等影響因素的理論分析模型是完善地下構(gòu)造靜力分析及地震反響動(dòng)力分析的合理途徑。4、進(jìn)步地鐵車站抗震性能的措施：4.1加大抗震研究投入情況想要保證地鐵車站抗震性能的不斷進(jìn)步，就必須加大對(duì)城市軌道交通抗震研究的投入。眾所周知在抗震過(guò)程中會(huì)使用到大量的技術(shù)設(shè)備，以及較為系統(tǒng)的檢測(cè)手段，要及時(shí)與當(dāng)?shù)氐牡卣鸨O(jiān)測(cè)部門進(jìn)展溝通，這

7、樣才能隨時(shí)掌握平安情況，當(dāng)有地震發(fā)生時(shí)才可以及時(shí)掌握第一手資料，改善詳細(xì)問題和存在的破綻，準(zhǔn)確地對(duì)線路設(shè)施狀況做出判斷，保證運(yùn)行平安，防止憑空假設(shè)而做出無(wú)根據(jù)的盲目行為。4.2對(duì)不同地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)展分析在進(jìn)展施工過(guò)程中要明確區(qū)分地下構(gòu)造，可以采取明挖整體框架構(gòu)造、盾構(gòu)法施工的裝配式圓形構(gòu)造、礦山法施工的復(fù)合式馬蹄形構(gòu)造和豎井構(gòu)造等不同形式，要充分考慮到我國(guó)的一些特殊地區(qū)的土質(zhì)問題，例如砂卵石地區(qū)、砂粉土地區(qū)、軟粘土地區(qū)和巖體為主的山區(qū)等，要從真正意義上區(qū)分其不同構(gòu)造形式以及特點(diǎn)，根據(jù)他們動(dòng)力性能和破壞性征的不同，進(jìn)展科學(xué)的研究得出實(shí)在可行的抗震施行方案。4.3加強(qiáng)對(duì)地鐵抗震才能的要求暫時(shí)我國(guó)還沒有詳細(xì)抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，所以現(xiàn)階段的設(shè)計(jì)還不能完全滿足人們對(duì)抗震的要求。雖然我國(guó)現(xiàn)階段建筑物的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及標(biāo)準(zhǔn)體系總體上還是可以的，但是為了滿足對(duì)地鐵車站防震性能的較高要求，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)階段的地鐵車站抗震性能的研究，要對(duì)重要構(gòu)造適當(dāng)?shù)倪M(jìn)步他們的抗震防裂度等要求。綜上所述：由以上內(nèi)容可以得出，目前狀況下進(jìn)步地鐵車站