地铁地下结构抗震理论分析范文

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1地铁地下结构抗震危害的特征

通过一系列的地震观测研究发现，地铁地下结构抗震反应特性主要表现为以下几个方面:(1)地铁地下结构的地震破坏程度通常较之于地上的破坏程度要低;(2)地铁地下深埋结构受地震破坏的程度通常比埋藏深度较浅的结构受到的影响轻;(3)土壤之中的地下结构较之于岩石之中的结构更加容易受到地震破坏作用;(4)就岩石之中的地下隧道来说，应用措施主要是提高围岩与衬砌的整体性，这样能够使得地铁隧道的抗震能力有效提高;(5)在对称动荷载的影响之下，地铁隧道结构通常会更加稳定。若仅仅增加衬砌的刚度与厚度，而不增强附近软弱围岩，这必然会使得衬砌之中出现过大的内力情况;(6)在相同的震中距以及地震强度的条件之下，地下结构的镇海程度通常可以由峰值地面速度大小与峰值地面加速度所决定;(7)地铁地下结构破坏程度会在很大程度上受到地震持续时间的影响;(8)高频分量的地震波可能会致使混凝土与延时产生剥裂的情况，但是这单单对震中距较短的地铁地下结构具有明显的影响;(9)相对于波长地铁地下结构的尺寸较小的时候，其对附近地基地震所产生的影响也较小，如果地震波波长达到隧道口径的1到4倍，就会不断放大振动效果;(10)地下隧道在地面出入的时候肯呢个会由于边坡失去稳定性而出现各种破坏问题。

2地铁地下结构抗震理论分析方法

通过调查研究发现，当前地铁地下结构抗震理论分析方法主要有两个，分别是:静力法或拟静力法、土－结构动力互相作用法，下面将对这两种分析方法进行简要的介绍:

2．1静力法或拟静力法应用静力法或者是拟静力法来开展地震分析的时候往往对地下结构的地震变形进行分析，分为下列类型:横截面剪切变形;轴向弯曲变形以及轴向拉伸或压缩变形。通常而言，静力法或者拟静力法的物力概念较为清晰，而且计算方法较为加单，工作量较小，参数较易确定，再加之工程经验较为丰富，较易被工程师所接受，所以大部分地下结构实用抗震分析法都在这一范畴之中，如:应变传递法、反应位移法以及地震系数法等。

2．2土－结构动力相互作用法地铁地下结构抗震分析中应该对土－结构动力互相作用法予以重点分析，这一问题是土动力学与结构动力学之中非常复杂的一个课题，设计众多方面的因素，比如说:远场地面运动、基地以及结构等。当前对土－结构动力互相作用问题的求解方法主要分为两种:数值方法与解析法。其中，解析法通常建立于在线弹性理论或者粘弹性理论的基础上，没有广泛的通用，而数值法以有限元法作为代表，其能够对任意完备边值问题进行求解，所以能够进行广泛的应用与研究。应用有限元法来对结构－地基动力互相作用问题进行分析的时候，需要综合考虑微理想化与宏理想化两个方面。其中微理想化指的是有限单元的设计过程，其需要对土动力非线性、结构材料的非线性以及结构－地基动态接触非线性等进行考虑;而宏理想化指的是有限元模型整体轮廓的设计，其主要包括输入地震动、边界条件以及整体尺寸等方面的内容，其中最为重要的就是对模型边界确定的分析，也就是人工边界的设置问题。在应用土－结构动力互相作用法时需要对人工边界、土的非线性动力本构关系以及钢筋混凝土构件的恢复力模型等进行考虑。

3地铁地下结构抗震理论分析与应用存在的问题

虽然地铁地下结构抗震问题的研究已取得了一定的成就，但是因为问题的复杂性，使得这一方法与理论还不能使得工程的实际需求得以满足，仍然需要在模型试验、数值模拟以及理论分析等方面进行更加深入的研究。当前地铁地下结构抗震理论分析之中亟待解决的问题主要包括以下两个方面:

3．1土－结构动力互相作用分析模型就微理想化角度来说，现在在钢筋混凝土等结构材料的非线性的性质研究已经取得了一定的成就，表现为:结构—地基动态接触非线性研究取得了一定的进展，就土的非线性问题的研究虽然当前尚未存在一个具有广泛适用性的模型，但是已经具有针对具体问题的实用、合理的模型。这些研究已经取得了一定的成果，但怎样根据这些成果来构造出恰当的地铁地下结构地震反应分析模型仍然应该开展深入的探讨与研究。就宏理想化角度来说，怎样将地基静力效应与半无限性对地铁地下结构动力反应影响给科学的反应出来是非常重要的一个问题。就地铁区间隧道与车站等地下结构而言，附近地基的特性能够对结构破坏特征与地震反应产生严重的影响。在地震反应中，附近地基特别是上覆土层的重力效应能够对结构地震产生非常重要的影响。要合理解决这一问题需要对静力人工边界与动力人工边界进行科学的设置与确定，因为当前已经存在的动力人工边界通常无法适用地下结构—地基系统的静力分析，所以经常会采用对动力问题与静力问题应用不同人工边界的方法进行解决。就静力问题而言，应用静力边界或人工边界，而就动力问题则应用动力人工边界，进而获得两种不同分析模型。对于不同的模型则可以独立开展动力分析与静力分析，然后组合这两种分析的结果，或先对静力问题进行分析，再在静力分析的基础上开展动力分析。这两种做法不但非常麻烦，而且无法将地下结构周围地基重力效应情况很好的反应出来。所以，在开展动力分析的时候应该对静力分析的静—动力统一人工边界予以统一考虑。并且将直接于静—动力统一人工边界之上开展地震波长输入法予以提出。

3．2地铁地下结构地震破坏模式以及抗震性能的评估法通过一系列的调查研究发现，土－结构动力互相作用分析法能够当做一种可靠分析法，在对地铁地下结构抗震理论研究中具有非常重要的作用。而对地下结构承载力极限状态以及开展常规地铁地下工程抗震设计中，还应该研究出更加实用、便捷的方法。通过当前建筑结构中存在的设计方法，将新的地铁地下结构地震破坏模式以及抗震性能分析方法给发展出来，具有非常重要的作用。在《建筑抗震设计规范》之中要求在建筑抗震设计过程中应该开展大震作用之下结构的弹塑性变形验算，就地铁地下结构而言，必然需要开展大震影响下的弹塑性变形验算。当前应用较为普遍的弹塑性分析法主要包括:静力弹塑性分析法、动力时程分析法以及静力增量分析法。其中静力增量分析法较为简单，但是这一方法并未对结构自震特性与地震作用间的关系予以考虑;而动力时程分析法因为可以将地震反应中各个时刻结构的变形与内力形态给计算出来，能够将结构屈服与开裂的顺序给确定下来，并且确定塑性与应用变形较为集中的位置，进而能够将可能破坏的类型、薄弱环节与屈服机制给判明，应用这一方法所得到的结构通常比较准确，但是其所需的计算量较大，计算结构通常会受到选取地震波等因素的影响，将其用在常规抗震分析之中还有较大的困难。静力弹塑性分析法是一种新结构抗震分析法，应用这种方法不但较为简单，而且能够较为准确的对地震作用之下结构的反应情况进行评估，从而得出较为广泛的应用与研究。因为地下结构和地上结构地震反应特点与规律并非完全一样，所以当前在地上结构较为适用的静力弹塑性法还无法在地下结构抗震设计中得以有效应用，而且因为受到附近地基的制约，地上结构的变形形式与地上结构有所不同。较之于地上结构，地铁地下结构在整体出现较小变形的时候局部内力或许会非常大，无法单纯的套用地上结构变形极限值来进行地上结构在地震作用下的极限进行准确推算，所以应用发展一种可以与地铁地下结构相适应的地震设计方法与方案分析，从而有效的突破当前承载力设计方法的制约，使得地铁地下结构抗震设计更加简单、合理。

4结束语

综上所述，地铁地下结构抗震理论分析与应用研究对于保证地铁的安全运行具有非常重要的作用，当前我国地铁地下结构抗震理论虽然取得了一定的进步，但是仍然存在不完善的地方，需要相关人员予以不断的完善，并且将其不断的应用于实际之中，从而切实保证地铁地下结构抗震理论的科学性，这需要相关工作者予以不懈的努力。

作者：万先虎