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地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震性能分析

所屬欄目:交通運(yùn)輸論文 發(fā)布日期:2012-12-07 10:07 熱度:

  摘要:隨著時(shí)代的發(fā)展,大規(guī)模的地鐵軌道交通的建設(shè)已越來越普遍,隨之也帶來了許多需要解決的工程實(shí)際問題,地鐵地下結(jié)構(gòu)的抗震性能研究為其中之一。本文以地鐵地下結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,對(duì)地下結(jié)構(gòu)抗震研究的主要方法進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)地下結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性及其影響因素進(jìn)行了分析。

  關(guān)鍵詞:地下結(jié)構(gòu),抗震分析,混凝土損傷

  引言

  在我國(guó),地下結(jié)構(gòu)抗震方面的研究是相對(duì)滯后的。迄今為止,還沒有一部獨(dú)立的地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,主要原因在于地下結(jié)構(gòu)抗震方面基礎(chǔ)研究工作開展不夠,資料積累不足,對(duì)地下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)特性和抗震設(shè)計(jì)方法等方面缺乏深入系統(tǒng)的研究。本文中,筆者就自己幾年的工作經(jīng)驗(yàn),就地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行分析,希望與同行一起探討。

  一、結(jié)構(gòu)抗震研究方法概述

  總結(jié)現(xiàn)有的地下結(jié)構(gòu)抗震研究方法,主要可分為原型觀測(cè)、理論分析和模型實(shí)驗(yàn)三個(gè)大的類別。

  1、 原型觀測(cè)方法

  原型觀測(cè)方法主要包括地震觀測(cè)和震害調(diào)查兩種途徑。地震觀測(cè)方法需要地震發(fā)生前在所觀測(cè)的地下結(jié)構(gòu)內(nèi)部關(guān)鍵部位及圍巖中埋設(shè)加速度計(jì)等有關(guān)測(cè)量裝置,目前,這方面的資料正在不斷地積累。

  2理論分析方法

  現(xiàn)有的地下結(jié)構(gòu)抗震理論分析方法主要可分為兩類。一是波動(dòng)角法,一般主要應(yīng)用于地下結(jié)構(gòu)抗震平面問題的研究。另一是相互作用法,此方法比較適于從整體反映地下結(jié)構(gòu)的三維特性。

  3、模型實(shí)驗(yàn)方法是地下結(jié)構(gòu)抗震研究的一種重要途徑.現(xiàn)有的模型實(shí)驗(yàn)方法主要包括人工震源實(shí)驗(yàn)、振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)和離心機(jī)振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)。

  二、地下結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性及其影響因素研究

  本文通過FLAC3D數(shù)值模擬方法,對(duì)地下結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性進(jìn)行分析。

  1、動(dòng)土壓力及相對(duì)位移特性研究

  以下通過數(shù)值模擬分析方法將對(duì)其進(jìn)行專項(xiàng)研究,列舉其中一種工況模擬分析過程,如下:地下結(jié)構(gòu)尺寸為7m×7m,整體模型尺寸:水平方向取60m,豎向取為28m,如圖1所示。

  在模型底部輸入正弦剪切波加速度時(shí)程,局部放大可見接觸面設(shè)置情況,選定土壓力監(jiān)側(cè)點(diǎn)位置,計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

  圖1 計(jì)算模型圖

  圖2 左右側(cè)培中部、頂部及底部動(dòng)土壓力變化規(guī)律圖

  分析結(jié)果可得:左右側(cè)端頂端的動(dòng)土壓力峰值與零點(diǎn)交替出現(xiàn),側(cè)地的頂端和底端動(dòng)土壓力相對(duì)較大,其峰值約為中部各點(diǎn)動(dòng)土壓力峰值的20倍左右,出現(xiàn)了應(yīng)力集中;側(cè)墻與周圍土體時(shí)而接觸,時(shí)而脫開,相比之下,側(cè)墻中部與周圍土層最大脫開距離很小。可見,地下結(jié)構(gòu)底板與土層的剪切力比頂板與上鎮(zhèn)土層的剪切力大很多;頂板與周土的相對(duì)剪切位移要比底板的相對(duì)剪切位移略大;無論頂板、底板深度位里處,監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離地下結(jié)構(gòu)越遠(yuǎn)動(dòng)土壓力峰值越小。

  2、豎向地震動(dòng)作用下的振動(dòng)特性

  己有震害表明,豎向地震動(dòng)對(duì)于地下結(jié)構(gòu)具有一定的破壞作用。以下通過數(shù)值模擬方法對(duì)其進(jìn)行專項(xiàng)研究,計(jì)算模型及參數(shù)同上述一致。由于篇幅有限,以下進(jìn)行的分析不再列舉計(jì)算結(jié)果圖示。

  經(jīng)過計(jì)算分析可得:在豎向地展動(dòng)作用下,地下結(jié)構(gòu)頂板、底板位置處以及土中相同深度位置處豎向應(yīng)力均顯著增加,且結(jié)構(gòu)頂、底板處豎向應(yīng)力遠(yuǎn)大于土中相應(yīng)位置豎向應(yīng)力;豎向地震動(dòng)作用下,地下結(jié)構(gòu)時(shí)而受到較大的豎向壓力,產(chǎn)生較大的豎向壓縮變形,之后又與上授土層完全脫開,出現(xiàn)零接觸應(yīng)力狀態(tài)。

  3、覆蓋土層厚度的影響

  地下結(jié)構(gòu)上覆土層厚度對(duì)地下結(jié)構(gòu)的初始應(yīng)力狀態(tài)有著重要影響,在地震荷載作用下,以地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻頂?shù)锥怂轿灰撇顬檠芯繉?duì)象,分別設(shè)置上覆土層厚度為0. 1.4m, 2.8m, 7.0m, 14m, 21m, 28m,建立相關(guān)計(jì)算模型。

  通過計(jì)算分析得出:隨著覆蓋土層厚度的增加,地下結(jié)構(gòu)側(cè)墻頂?shù)锥怂轿灰撇钪饾u增加;當(dāng)覆蓋土層厚度超過地下結(jié)構(gòu)高度之后,此位移差隨覆蓋土層厚度增加呈線性增長(zhǎng)規(guī)律,與之相對(duì)應(yīng)深度處土層位移差則不隨覆蓋土層厚度增加而改變。

  4、地下結(jié)構(gòu)對(duì)周圍場(chǎng)地加速度反應(yīng)的影響

  類似地鐵車站地下結(jié)構(gòu)的建設(shè),往往會(huì)對(duì)周圍場(chǎng)地的振動(dòng)特性產(chǎn)生一定的影響,以下通過數(shù)值模擬分析方法對(duì)地下結(jié)構(gòu)存在對(duì)于地表沿線周圍場(chǎng)地加速度反應(yīng)的影響進(jìn)行專項(xiàng)研究。選定地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置后,進(jìn)行以下項(xiàng)目研究分析:

  (1) 對(duì)地表加速度時(shí)程的影響

  計(jì)算結(jié)果得出:與自由場(chǎng)地表加速度時(shí)程相比,地下結(jié)構(gòu)正上方及其附近加速度時(shí)程受到一定程度的影響,其峰值及頻譜特性均發(fā)生不同程度的改變;隨著水平距離的增加,影響程度逐漸減弱,當(dāng)水平距離超過地下結(jié)構(gòu)寬度的二倍以上時(shí),影響程度已經(jīng)很小。

  (2)對(duì)地表水平加速度峰值的影響

  針對(duì)由于地下結(jié)構(gòu)的存在對(duì)地表水平加速度峰值的影響進(jìn)行專項(xiàng)研究,在模型底部輸入正弦剪切加速度波,地表各監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速時(shí)程設(shè)定后,得出:地下結(jié)構(gòu)正上方地表及其附近水平方向加速度峰值均受到一定程度的影響,比距離地下結(jié)構(gòu)較遠(yuǎn)處地表峰值加速度略小;(2)隨著埋置深度的增加,影響程度有逐漸減弱的趨勢(shì)。

  (3)對(duì)地表豎向地震動(dòng)的影響

  對(duì)地下結(jié)構(gòu)的存在對(duì)場(chǎng)地地表豎向地震動(dòng)的影響進(jìn)行專項(xiàng)研究,在模型底部輸入豎向加速度正弦波。得出:對(duì)于地表各監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向加速度峰值,地下結(jié)構(gòu)上方同較遠(yuǎn)處相比變化不大,但其蜂值出現(xiàn)時(shí)間相對(duì)滯后;隨著埋置深度的增加,地表各點(diǎn)的豎向加速度己基本相同,地下結(jié)構(gòu)的存在對(duì)其己經(jīng)沒有影響。

  結(jié)論

  本文通過采用FLAC3D數(shù)值模擬分析方法對(duì)地下結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性及其影響因索進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,并針對(duì)得出了相關(guān)結(jié)論,希望與同行共同探討,為地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震性能做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。

  參考文獻(xiàn)

  【1】劉晶波,李彬.地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì)中的兒個(gè)關(guān)鍵問題.土木工程學(xué)報(bào),2006.39 (6): 106-110.

文章標(biāo)題:地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震性能分析

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