地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法差異性規(guī)律研究

　　摘 要：伴隨著我國城市交通的不斷發(fā)展，各地開始紛紛大力興建地鐵工程，用以有效方便人們的日常出行。而為了有效保障工程以及人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，在對(duì)地鐵地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要著重注意其抗震設(shè)計(jì)。但考慮到不同的抗震設(shè)計(jì)方法之間也存在相應(yīng)的差異性。因此本文將通過重點(diǎn)探討地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法差異性規(guī)律，希望能夠?yàn)閮?yōu)化地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供相關(guān)思路。
　　關(guān)鍵詞：地鐵；地下結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；差異性規(guī)律
　　現(xiàn)階段在地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中擁有眾多不同的設(shè)計(jì)方法，其自身均具有相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)和不足，但由于抗震設(shè)計(jì)方法的多樣性，也為設(shè)計(jì)人員確定最終使用的地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法增加了一定難度。如果在無法掌握各抗震設(shè)計(jì)方法差異性規(guī)律下，盲目使用參數(shù)復(fù)雜或是機(jī)械套用相關(guān)公式，不僅無法有效保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，反而還會(huì)大大增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成本。因此對(duì)地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法差異性規(guī)律進(jìn)行簡要分析，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　一、地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)常用方法
　　在當(dāng)前地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要擁有包括動(dòng)力時(shí)程分析、反應(yīng)位移法、地震土壓力法以及反應(yīng)加速度法等在內(nèi)的一系列設(shè)計(jì)方法。其中動(dòng)力時(shí)程分析法主要是通過離散處理整個(gè)地震動(dòng)在時(shí)間域，在逐一計(jì)算各離散化時(shí)間點(diǎn)下獲得整個(gè)數(shù)值模型的動(dòng)力時(shí)程反應(yīng)。在計(jì)算過程中通過模擬土和地鐵地下結(jié)構(gòu)之間的動(dòng)力相互作用，以此有效保障結(jié)果的精準(zhǔn)性[1]。
　　反應(yīng)位移法則是通過將相對(duì)位移施加在距離結(jié)構(gòu)位置相對(duì)較遠(yuǎn)的地基彈簧處，從而形成一種類似于在結(jié)構(gòu)上施加等效靜力荷載形式的地震生成的變形，在與地震剪應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)慣性力進(jìn)行充分考量下完成相關(guān)計(jì)算，從而為地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供必要參考數(shù)據(jù)。
　　出于方便計(jì)算以及擴(kuò)大抗震設(shè)計(jì)方法應(yīng)用范圍的目的，我國學(xué)者王文沛等人通過對(duì)地震土壓力法進(jìn)行簡化處理，在將極限平衡理論和物部-岡部公式進(jìn)行充分結(jié)合下，計(jì)算地下結(jié)構(gòu)動(dòng)土壓力值，以此有效幫助設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確了解在不同埋深下，地下結(jié)構(gòu)地震土壓力的具體變化情況。
　　在反應(yīng)加速度法當(dāng)中，首先需要設(shè)計(jì)人員通過利用自由場(chǎng)一維土層反應(yīng)分析法，獲取水平有效反應(yīng)加速度，而后直接將其施加在土-結(jié)構(gòu)模型當(dāng)中，從而通過計(jì)算包括地下結(jié)構(gòu)頂以及底板位置、基巖位置發(fā)生相對(duì)變形時(shí)刻最大下，土層剪應(yīng)力分布。將水平有效慣性體積力施加在模型當(dāng)中，從而幫助設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確掌握土-結(jié)構(gòu)體系動(dòng)力相互作用，為地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　　二、地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的差異性規(guī)律分析
　　（一）確定工況
　　為了有效分析和了解地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的差異性規(guī)律，本文通過參考相關(guān)研究文獻(xiàn)，選用兩種不同工況進(jìn)行計(jì)算說明。在第一種工況當(dāng)中，地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中使用了質(zhì)地均勻的粉質(zhì)黏土層，通過分別使用上述抗震設(shè)計(jì)方法，在埋深為1米、3米、5米以及10米和20米時(shí)，對(duì)某城市地下直徑線單層框架結(jié)構(gòu)側(cè)墻形變進(jìn)行計(jì)算。在第二種工況當(dāng)中，通過將埋深統(tǒng)一設(shè)定為3m，在土層條件設(shè)定上則分別運(yùn)用粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂以及粉土和圓礫卵石，同樣分別使用上述抗震設(shè)計(jì)方法對(duì)某城市地下直徑線單層框架結(jié)構(gòu)側(cè)墻形變進(jìn)行計(jì)算。
　�。ǘ�）埋深分析
　　根據(jù)王文暉（2013）的相關(guān)研究可知，在第一種工況下，在結(jié)構(gòu)埋深達(dá)到3m時(shí)，運(yùn)用反應(yīng)位移法和反應(yīng)加速度法進(jìn)行計(jì)算后，其結(jié)果達(dá)到了最大。此后隨著埋深的不斷增加，計(jì)算結(jié)果反而越來越小。而包括地震土壓力法、動(dòng)力時(shí)程分析法等在內(nèi)的其他地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法，計(jì)算得到的地下直徑線單層框架結(jié)構(gòu)側(cè)墻形變，均呈現(xiàn)出隨著埋深不斷增加而越來越大的變化規(guī)律。根據(jù)其在研究當(dāng)中給出的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果可知，一般在埋深較深也就是與基巖面距離更近的地方，內(nèi)力也相對(duì)較大。但在使用反應(yīng)加速度法時(shí)所獲得的內(nèi)力值，在初始階段表現(xiàn)出隨埋深的不斷增大而越來越大的變化規(guī)律，但當(dāng)埋深達(dá)到10m，其內(nèi)力達(dá)到最大時(shí)，在埋深繼續(xù)增加下，計(jì)算的內(nèi)力反而愈來愈小[2]。
　　（三）土層條件
　　通過結(jié)合劉晶波、李彬（2006）的相關(guān)研究可知，其在將埋深固定為3m后，運(yùn)用包括反應(yīng)加速度法、地震土壓力法、反映為依法等對(duì)地下直徑線單層框架結(jié)構(gòu)側(cè)墻形變計(jì)算后，得到了具有較高復(fù)雜度的結(jié)構(gòu)側(cè)墻形變分布規(guī)律。但總體來看，在使用反應(yīng)加速度法、簡化地震土壓力法和動(dòng)力時(shí)程分析法下，獲得的計(jì)算結(jié)果變化規(guī)律基本相同。比如說在使用動(dòng)力時(shí)程分析法下，在粉質(zhì)黏土層的土層條件下，結(jié)構(gòu)側(cè)墻變形計(jì)算結(jié)果為1.16，在粉細(xì)砂以及粉土和圓礫卵石的土層條件下，結(jié)構(gòu)側(cè)墻變形值則逐漸增加至1.62、2.12和3.39。使用反應(yīng)加速度法下，在粉質(zhì)黏土層這一土層條件中，結(jié)構(gòu)側(cè)墻變形為2.5，在粉細(xì)砂以及粉土和圓礫卵石的土層條件下，結(jié)構(gòu)側(cè)墻變形值則逐漸增加至2.6、2.8和4.3。即隨著土層條件的變化，側(cè)墻變形也在不斷增大，但其差值則始終控制在0.9到1mm的范圍內(nèi)。雖然在使用不同抗震設(shè)計(jì)方法下，產(chǎn)生地下結(jié)構(gòu)內(nèi)力最大值的土層條件也不盡相同[3]，但基本上，在土層條件為圓礫卵石中，運(yùn)用各抗震設(shè)計(jì)方法時(shí)會(huì)產(chǎn)生地下結(jié)構(gòu)內(nèi)力最大值。
　　結(jié)束語：本文在對(duì)幾種常見的地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行簡單介紹的基礎(chǔ)上，通過結(jié)合相關(guān)學(xué)者的研究成果，選取了兩種不同的工況，并對(duì)各抗震設(shè)計(jì)方法所獲得的計(jì)算結(jié)果差異性規(guī)律進(jìn)行總結(jié)和分析。了解到在土層條件不同時(shí)，反應(yīng)加速度法與動(dòng)力時(shí)程分析法獲得的計(jì)算結(jié)果基本一致，而在埋深不同時(shí)，地震土壓力法與動(dòng)力時(shí)程分析法、反應(yīng)位移法的計(jì)算結(jié)果基本一致。因而在實(shí)際進(jìn)行地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，更加建議使用上述抗震設(shè)計(jì)方法，從而有效保障設(shè)計(jì)結(jié)果的精準(zhǔn)性與合理性。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]陳韌韌，張建民.地鐵地下結(jié)構(gòu)橫斷面簡化抗震設(shè)計(jì)方法對(duì)比[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2015，37（S1）：134-141.
　　[2]王文暉.地下結(jié)構(gòu)實(shí)用抗震分析方法及性能指標(biāo)研究[D].清華大學(xué)，2013.
　　[3]劉晶波，李彬.地鐵地下結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題[J].土木工程學(xué)報(bào)，2006（06）：106-110.
　　作者簡介
　　包明浩（1991.09--）；性別：男，籍貫：山東省煙臺(tái)人，學(xué)歷：碩士研究生，畢業(yè)于山東科技大學(xué)；現(xiàn)有職稱：無；研究方向：隧道及地下工程。
　�。ㄗ髡邌挝唬荷綎|省青島市黃島區(qū)山東科技大學(xué)）

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