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1、地铁结构抗震研究中的若干问题论文.freel,致使日本南部交通瘫痪3.修复大开站需要100亿日元,修复隧道需要180亿日元4.我国地下结构的抗震规范从50年代至今,还一直沿用传统的静力理论,这一理论不能反映地震时地下结构的工作特性,更不能满足地下工程结构发展的需要.因此,开展对地下结构抗震的深入研究己迫在眉捷.2地下结构在地震作用下变形破坏的特点地下结构与地面建筑受地震作用时工作特点不同.首先地下结构完全埋置于地下.对于地下结构,结构产生应力的主要原因不是惯性,而是地基应力应变状态的改变;第二,地下结构具有与周围介质不同的刚度,因而改变了地震波场,使地下结构周围波场的确定变得困
2、难;第三,地面建筑一般尺度与地震波长相比小,因而可认为其基础各点的运动相同.而对于象地铁这样的长型建筑,其基础各点将不会同时运动,尽管其运动规律可能相同.除此之外地下结构的抗震还受到其他因素的影响,如地表的地貌、埋深、地基的含水量等.这些特点使得地下结构的抗震理论与地面结构的抗震理论不尽相同.3地下结构抗震理论发展现状地下结构抗震理论的发展也是随着地面建筑抗震理论的发展而发展的.上世纪50年代以前,国内外都是以静力理论为基础来计算地下结构的地震力.1941年,M.Biot提出了目前各国普遍采用的反应谱理论2,这使地震工程理论取得了突破性进展.在地下结构的抗震计算中,线性反应谱的
3、应用遇到了一定的困难,这主要是因为没有确实可信的加速度谱及地下结构的频率和振型难以确定.线性谱法的进一步发展是动力计算方法,即利用类比的速度、加速度谱法计算.具体应用到地下结构的计算时,加速度谱计算法沿两个方向得到了发展,下面就分别叙述.3.1波动学方法第一个方向是应用波动力学的方法研究结构及周围介质的地震力状态.地基被看作是连续的弹性及粘弹性介质,隧道可以看成是具有支护的或者是无支护的空腔结构,结构的计算归结为解弹性或者粘弹性动力学问题.地震荷载可以由波动力学散射课题的解确定.鲍亦兴、毛昭宙、Mente等人解决了在纵波及横波作用下线弹性介质中孔口的动应力集中问题及对于衬砌的作
4、用问题5-6;Guz、Golovchan解决了自由面对于地下结构动应力集中的影响及多连通区域对于弹性波的散射及衍射问题7.地下结构对于非平稳作用的反应对于实际工程来讲是非常具有意义的.在文8中,Strelchuk等研究了非平稳波对于地下结构的作用问题,给出了动应力集中系数Kσ对于相对厚度、相对波长及支护相对刚度等参数的依赖关系.Sancar和Pao利用本征函数展开法解决了平面谐和波对于两个柱型圆洞的反射问题9.Datta等利用有限元及本征函数展开的联合方法研究了不同形状的柱型洞周围的动力应力及位移10.Mikhailov及Milyaev利用近似解析法研究了地下圆柱型及球形壳结构
5、受到突加波载时的应力及位移11.Kattis等利用边界元法研究了无限孔隙弹性介质中隧道受P及SV波的作用问题12.ubarakov对于地下壳体结构在地震作用下的应力状态进行了理论与实验研究,取得了对于地铁结构来讲非常有用的结果及抗震措施的建议.在美国60年代末,在建旧金山海湾地区快速地铁运输系统时(BART)提出了BART法21,他们提出了地下结构并不抵御惯性力而是具有吸收强加变形的延性,同时还不丧失其承受静荷载等新的设计思想,并以此为基础提出了抗震设计标准.美国在80年代洛杉矶地下铁道的设计中也对地震荷载作了充分的考虑.70年代,日本学者从地震的观测资料着手,通过模型试验建立
6、了数学模型,提出了响应位移法、应变传递法、地基抗力法等实用计算法,使得地下结构的实用抗震计算得到了很大的发展.响应位移法22-23的基本原理就是用弹性地基梁来模拟地下线状结构物,把地震时地基的位移当作已知条件作用在弹性地基上,以求解在梁上产生的应力和变形,从而计算地下结构(隧洞、管道、竖井等)地震响应的公式可以简化为拟静力计算公式.围岩应变传递法23基于:地下结构地震时应变的波形与周围岩土介质地震应变波形几乎完全相似的观测结果,把地下结构的地震应变εs与没有洞穴或地下结构影响的周围岩土介质的地震应变εg用系数a联系起来εs=aεg,a看作是一个静态系数,可通过静力有限元法分析确
7、定.地基抗力系数法24是将相互作用的计算模型应用于地下结构横断面地震响应分析的一种方法.周围岩土介质的作用以多点压缩弹簧和剪切弹簧进行模拟,结构可用梁元进行模拟.本方法为日本核电厂耐震设计技术指针所采用.另外为了防止和减轻地震对隧道造成的危害,他们又将隧道抗震的思想贯穿到选线、设计、施工、维修、改造的全过程.美国学者Schukla等人25在80年代初应用弹性地基梁原理,采用拟静力方法来考虑土体与结构的相互作用,建立了地下结构的数学模型,并用无量纲的参数将此计算结果绘成曲线图,简化了地下结构的
