中国是一个地震多发的国家,受地震影响的城市范围很广,会城市,和的省,超过70%,抗震设防烈度在7度(含)以上。通过中地下结构在对,历次强震中的震害反射和现场模拟试验,证实了将地下结构视为完全顺应地震行波作用下的土体位移是保守的。据此,目前国际上常用的抗震验算模型将地下线性结构视为埋在土的中中的弹性地基梁,作为工程中实用的分析模型[2,4]。
摘要:本文主要讨论了对, 中,轻轨地下隧道的抗震分析,并提出了合理的计算方法,以供读者参考。城市轻轨隧道抗震分析大城市的交通设施受到国内外人士的关注。完全依靠地面运输很难获得令人满意的结果。利用地下空间发展城市轻轨交通是大城市的国际共识。自20世纪60年代中时期以来,北京开始修建地下铁路,中国第一条地下轨道交通线于20世纪60年代末建成。从那以后,中国所有的大城市都计划建造地下轻轨交通。中国是一个地震多发的国家,受地震影响的城市范围很广,会城市,和的省,超过70%,抗震设防烈度在7度(含)以上。显然,在这些城市建设地下轻轨交通时,会涉及到结构抗震问题。但是,目前,我国中,的相应设计规范,并没有规定合理的抗震设计方法。因此,本文以中,对地铁轻轨隧道结构为重点,探讨其合理的抗震分析方法,为相关设计人员提供参考。1.地下轻轨隧道结构的地震动响应地下轻轨交通的结构形式可以是圆形、矩形或拱形结构,这通常与所采用的施工方法有关。就其在地震作用下的受力状态而言,无论其结构类型如何,都被视为地下隧道的线性结构。城市轻轨地下隧道埋深大,隧道线性结构阻尼大,自振频率很高,地面运动产生的惯性力可以忽略不计。一直以来,对地下隧道的抗震验算都将其视为土的一部分,并验算隧道结构在地震行波作用下产生的应力(应变)是否超过其承载力(结合常规荷载效应后)[1,2]。通过中地下结构在对,历次强震中的震害反射和现场模拟试验,证实了将地下结构视为完全顺应地震行波作用下的土体位移是保守的。因为总的来说,地下线性结构的结构刚度与地面波动相比可以忽略不计;然而,土壤毕竟不是一个刚体。从微观分析来看,结构刚度仍然有影响,土体的波浪位移不能完全传递到地下结构。据此,目前国际上常用的抗震验算模型将地下线性结构视为埋在土的中中的弹性地基梁,作为工程中实用的分析模型[2,4]。2.地下隧道结构抗震验算模型的建立及应用。地下结构被认为是埋在土的中中的弹性地基上的长梁,于20世纪50年代末提出并应用于工程中。从实用的角度出发,考虑了地震动中能量消耗最大的横波的行波作用,并将其简化为正弦函数表达式。根据这一前提,当地下隧道受到任何入射角度的剪切波时,影响结构的土壤位移可由图1表示。图1剪切波作用下的土体位移矢量图图1 中ug-剪切波传播时土体位移的最大振幅,即场地地面位移的最大振幅;美国—剪切波传播时x 轴线上的土壤位移;Us ——剪切波传播时x’轴线(即沿隧道方向)上的土壤位移;l—剪切波的波长;L’—沿隧道方向x’轴线上剪切波的视在波长,即L’=L/cos;—剪切波的入射角,即剪切波的传播方向与隧道走向的轴线之间的角度。隧道结构作为弹性地基梁的计算模型见如图2。图2弹性梁的计算模型
此时,根据图2中的单元结构的平衡方程,可以获得以下公式:d FE KL(Us-UP)dx’=0(1),即dup FE=ea dx’e-结构材料的弹性模量。a—结构的横截面积;KL—单元结构上沿管道走向的弹性阻抗系数,即KL=kl UoKL—沿结构趋势的单位面积弹性阻抗系数;uo-单元结构外边缘的表面积;美国——剪切波作用下土壤沿结构走向的位移;剪切波作用下结构沿走向(即纵向)的上位移。利用图1中设置的坐标并代入USe公式(1)的通解,我们可以得到:当x'=0且和x'=1 ' 2时,它应该是uP=u'S=0,然后C1=C2=0。因此,横波作用下的纵向位移为:1 ' ' up=(2)2us=lus(3)EA 1kL 中L-纵向位移传递系数,即1=L EA 1(2)2(4)KL L L,结构相应的纵向应变应为:2p=L UGSiN。除了用公式(7)提供工程抗震验算外,参考文献[2]还提出应考虑从基岩向地面垂直传播的剪切波,这样隧道结构的垂直变形相当于隧道顶部和底部之间的相位对。这种情况与施工现场的工程地质条件有关。如果基岩埋深较大,结构引起的变形很小,其影响可以忽略;如果基岩埋深较浅,隧道高度较大,应考虑变形效应。