地下结构抗震技术
结构抗震与地下结构抗震探析

结构抗震与地下结构抗震探析摘要:本文通过探讨结构抗震和地下结构抗震的相关问题,旨在深入理解这些领域中的关键概念和挑战。
正文部分将分析结构抗震和地下结构抗震的原理和方法,并探讨它们在实际工程中的应用。
结束语将总结本文的主要发现,并探讨未来研究方向和应对地震风险的重要性。
关键词:结构抗震;地下结构抗震;探析引言:地震是一种具有极大破坏力的自然灾害,给人类社会带来了巨大的威胁。
而结构抗震是为了减少地震对建筑物和其他结构造成的损害而进行的技术和工程措施。
近年来,随着人口的增长和城市化程度的加深,地下结构的建设日益普遍,地下结构抗震也成为重要的研究领域。
本文将对结构抗震和地下结构抗震进行详细探析,以期为相关领域的研究和工程实践提供一定的参考和指导。
1. 结构抗震的原理与方法1.1 结构抗震的基本原理在进行结构抗震设计时,需考虑地震引起的地面运动对建筑物的影响。
结构抗震的基本原理是通过合理的结构布局、选择适当的材料和工艺、采用有效的连接方式,来增强建筑物的抵抗地震力的能力。
关键在于提高结构的抗侧移能力、抗剪切能力和抗轴向拉压能力。
1.2 结构抗震的设计方法结构抗震的设计方法包括静力设计法和动力设计法。
静力设计法是根据结构的自重和静力荷载进行设计,以保证结构在静力下的稳定性。
而动力设计法则是根据地震荷载的特点,考虑结构的动力响应,通过动力分析和计算,保证结构在地震作用下的安全性。
1.3 结构抗震的评估和监测手段对已建成的建筑物进行结构抗震评估可以帮助我们了解其抗震能力并提出改进意见。
评估手段包括建筑物结构档案查阅、目视检查和非破坏性测试等方法。
此外,监测手段可以实时监测建筑物的结构运行状态,包括振动传感器、位移传感器和应力传感器等设备,通过数据的采集和分析,及时发现结构异常,以保证结构安全。
通过以上的方法和手段,我们能够更好地理解结构抗震的原理与方法,并在设计、建造和评估过程中不断完善我们的抗震技术,确保建筑物在地震中具有较好的安全性能。
地下室的抗震与结构安全分析

地下室的抗震与结构安全分析一、背景介绍地下室作为现代建筑的重要组成部分,在城市建设中扮演着重要的角色。
然而,由于地下室处于地下,容易受到地震和其他自然灾害的影响,因此地下室的抗震与结构安全问题备受关注。
本文将对地下室的抗震与结构安全进行分析,并提出一些相应的解决方案。
二、地下室结构的特点1. 深埋地下:地下室位于地下,深埋的特点使其受到地震力和土壤侧压力的影响,增加了其抗震与结构安全的挑战。
2. 多层承重:地下室一般由多层组成,每层都需要承受自身的重力和上方楼层的荷载,因此地下室结构必须具备足够的承载能力和稳定性。
三、地下室的抗震设计原则1. 抗震设计:应根据地下室的使用功能、地震区域等因素进行合理的抗震设计,包括选择适当的地基类型、增强结构的抗震能力等。
2. 结构选择:地下室的结构选择对其抗震性能具有重要影响,常见的结构形式包括框架结构、剪力墙结构和桩基等,需要根据实际情况进行合理选择。
3. 加固措施:对于存在结构缺陷或老化的地下室,应加强加固措施,提高其整体抗震性能。
4. 安全疏散:地下室的安全疏散通道和紧急出口设计也是确保结构安全的重要环节,应保证人员疏散的畅通性和安全性。
四、地下室的结构安全评估1. 定期检查:对地下室进行定期的结构安全检查,特别是对患有裂缝、漏水等问题的地区,加强监控和维护。
2. 结构监测:可以利用传感器等技术手段对地下室的结构运行情况进行监测,实时掌握其变化情况,及时发现潜在问题。
3. 模拟分析:利用现代结构分析方法,如有限元分析等,对地下室的结构进行模拟分析,评估其抗震性能和结构安全性。
五、地下室的抗震与结构安全加固方案1. 加固地基:对于地下室所在地基的巩固和加固,可以采用注浆、加固桩等技术手段,提高地基的稳定性和抗震能力。
2. 加固墙体:对于地下室的墙体结构,可以采用加固筋、钢板绑定等方法,提高其抗震能力和稳定性。
3. 增加剪力墙:对于地下室的结构设计,可以增加剪力墙结构,提高整体的抗震性能。
地下结构抗震设计研究

地下结构抗震设计研究摘要:随着我国社会经济的不断发展以及城市建设的逐渐深入,地下空间的利用程度越来越高,有关地下结构抗震问题的分析研究受到越来越多的重视。
本文通过实际工程案例,对反应位移法助力地下结构抗震问题进行分析计算,以促进现代地下结构抗震问题的研究。
关键词:地下结构;抗震分析;反应位移法本工程为成都市某地下综合管廊,位于道路绿化带下。
根据场地条件地下管廊顶部覆土厚度为约为3.0m。
净空横断面尺寸bxh:3.1m×4.0m。
侧壁及顶板厚度为400mm,底板厚度为500mm。
一、抗震设防目标结构抗震设防目标为当遭遇低于本地区抗震设防烈度(7度)的多遇地震影响时,一般不致损坏或不需修理仍可使用;当遭遇本地区抗震设防烈度(7度)的地震影响时,构筑物受轻微损伤但短期内修复能恢复正常使用功能,结构整体处于弹性工作阶段;当遭遇高于本地区抗震设防烈度(7度)预估的罕遇地震影响时,主体结构不出现严重破损并可经整修恢复使用,结构处于弹塑性工作阶段。
二、抗震设计方法1.构筑物的规则性构筑物的平面和竖向布置在满足工艺要求的前提下尽可能规则、对称,质量分布和刚度变化趋于均匀,相邻各部分间刚度平缓过度变化。
对于体型复杂的构筑物,设置抗震缝将其分成若干较为规则的结构单元;设置防震缝有困难时,对结构整体进行抗震计算,针对薄弱部位,采取有效的抗震措施。
2.结构体系设计①主体结构型式均设计为现浇钢筋混凝土结构。
②所有构筑物均具有明确的计算简图和合理的地震作用传递路线。
③部分结构或构件损坏时,不致导致整个结构体系丧失承载能力。
④同一结构单元具有良好的整体性,对局部削弱或突变形成的薄弱部位,设计采取加强措施。
⑤合理选择混凝土结构构件截面尺寸及配筋,按照弯曲先于剪切破坏、钢筋屈服先于混凝土压溃、构件先于钢筋锚固破坏的原则进行设计。
⑥构件节点的承载力不低于连接构件的承载力。
⑦同一结构单元的构筑物不设置在性质截然不同的地基土上,原则上不混用天然地基和人工地基,当无法避开时,设计采取设置变形缝或加设褥垫层等措施避免震陷发生。
地下结构抗震e3与9度的关系

地下结构对抗震能力的提高一直是地震工程领域的研究热点之一。
地震是一种自然灾害,它可以给地下结构、尤其是地下建筑物带来极大的威胁。
为了提高地下结构的抗震性能,人们开展了大量的研究工作,其中一项重要的内容就是地下结构抗震e3与9度的关系。
1. e3与9度的基本概念e3是地震工程中的一个重要参数,它指的是地震作用的设计基本地震加速度。
9度则是指地震烈度等级,是描述地震强度的重要指标。
2. e3与9度的关系e3与9度之间存在着密切的关系。
地震作用的设计基本地震加速度e3是根据地震烈度等级来确定的。
一般来说,地震烈度等级越高,地震作用的设计基本地震加速度e3就越大。
e3与9度可以说是相互关联的。
3. e3对地下结构的影响e3的大小直接影响着地下结构的抗震能力。
如果e3较大,那么地下结构在地震作用下所受到的力和变形就会相应增大,抗震能力的要求也会更高。
设计地下结构时必须充分考虑e3的影响,采取相应措施提高地下结构的抗震能力,以应对不同地震烈度等级下的地震作用。
4. 地下结构抗震设计针对不同的9度地震烈度等级,地下结构的抗震设计也有所不同。
在设计过程中,必须充分考虑e3的影响,确定地震作用的设计基本地震加速度,结合地下结构的特点进行合理的抗震设计。
在地下结构的结构设计中增设受力构件、采用加固措施、提高材料的抗震性能等,以提高地下结构的抗震能力。
5. 地下结构抗震实例分析以某地区的地下停车库为例,该停车库位于地震烈度9度的地区,设计基本地震加速度e3较大。
为了提高该停车库的抗震能力,设计者采取了多项技术措施,包括采用特殊的钢筋混凝土结构、设置加固墙和加固柱、采用橡胶减震支座等,使得停车库在地震作用下具有良好的抗震性能,保障了车辆和人员的安全。
6. 总结e3与9度之间存在着密切的关系,e3的大小直接影响着地下结构的抗震能力。
在地下结构的抗震设计中,必须充分考虑e3的影响,根据不同的9度地震烈度等级采取相应的抗震措施,以提高地下结构的抗震能力,保障地下结构在地震作用下的安全性能。
地下室结构的抗震设计分析

地下室结构的抗震设计分析一、几种主要的地下结构抗震设计方法1、静力法。
把地震作用当作等效的静力荷载进行抗震计算。
它通常应用于地下管线、洞道的横截面抗震设计,它把地震时的土压力和结构物以及结构物以上覆土层作为外力考虑。
这种方法的缺陷在于没有考虑土层与结构各自的振动特性及其相互间的关系。
2、反应位移法。
70年代,日本学者从地震观测入手,提出了地下线状结构抗震设计的反应位移法。
其基本原理就是用弹性地基上的梁来模拟地下现状结构,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)地震反应,公式可以简化为拟静力计算公式,K{U}=Ks{Ug}。
式中的矩阵K包括地下结构的刚度Kt和地基抗力Ks。
本方法的关键是确定地基变位{Ug}和抗力系数Ks,通常将Ks取为对角阵,则Ks相当于文科尔弹簧常数或地基土介质的弹簧常数。
这种方法的理论基础是基于地震时支配地下结构地震反应的地基变形而不是结构物的惯性力。
近年来,大多数地下结构,尤其是地下管线都把这种方法作为其抗震设计方法。
但是,这种方法把不规则地震波的传播看作为同一周期和同一方向的地震波,从而与实际相去甚远;另外该法只适用于线形地下结构的抗震研究,用于大断面地下结构的抗震分析时需要进一步探讨、完善和修改。
3、动力反应分析法。
主要适用于结构物形状和地质条件比较复杂时的地下结构抗震反应分析。
它是采用有限元理论,将地震记录直接输入结构模型求得结构的动力反应。
这种方法不仅可以求得结构受地震作用时反应的最大值,而且也可以观察到结构反应的全过程,同时也使结构的弹塑性反应分析成为可能。
动力反应分析法又可细分为两种:一种是考虑土和结构的相互作用;另一种是不考虑土和结构的相互作用。
前者将土与结构当作由一定的边界条件联系起来的整体系统来考虑,后者即不考虑结构的存在,把自由场的地震位移反应当作相应的结构地震位移反应。
这种方法适用于任意的地下结构类型,同时考虑地基土的具体性质和结构的非线性,缺点是应用不便,难以得到规律性的结论,且其结果需要得到实验或理论解析的验证。
地下结构工程抗震的研究现状及其分析方法

地下结构工程抗震的研究现状及其分析方法摘要随着地下工程的大量兴建和地震自然灾害的频发,地下结构工程的震害问题越来越受到人们的重视。
文章根据地下结构工程抗震的研究背景,对国内外在隧道及地下工程抗震减震研究分析方面的成果进行了归纳总结,指出了各自存在的优势及局限性。
最后简单阐述了地下结构抗震反应的特点,结构破坏的主要特征及提高结构抗震的措施,并提出了自身对今后该领域研究发展方向的看法与思考。
关键字:地下结构,抗震,现状研究,分析方法1 研究背景地震是自然界一种常见的自然灾害。
过去,由于地下结构数量和规模的限制,其震害事例较少,加之地下结构受到周围地层的约束,即使发生地震其震害程度也相对较轻。
因此人们普遍认为地下结构有较好的抗震能力,在地震作用下不易遭受破坏,故地下结构的抗震研究长期未得到重视。
然而,随着地下空间的开发和地下结构建设规模的不断扩大,地下结构也相继出现了各种震害。
1923 年日本关东7. 9 级大地震,震区内116 座铁路隧道,有82 座受到破坏;1952 年美国加州克恩郡7.6 级的地震造成南太平洋铁路的四座隧道损坏严重,1978 年日本伊豆尾岛发生7.0 级地震,震后出现了横贯隧道的断裂,隧道衬砌出现了一系列破坏。
特别是1995 年,日本阪神大地震对神户市的地铁线路造成严重破坏,它也是世界范围内大型地下结构遭受最严重破坏的首例。
阪神地震给地铁结构造成的严重破坏及由此带来巨大的生命和财产损失,引起了世界各国对地下结构抗震设计和研究的重视。
我国地处地震带之间,地震活动频繁。
1999 年9 月21 日,我国台湾省台中地区发生了里氏7 . 3 级地震,台中地区57 座山岭隧道有49 座受到不同程度的损坏;200 8 年汶川特大地震中,根据四川省交通厅公路规划勘察设计研究院的调查统计,四川地区共有56 条隧道受到不同程度的损坏,损坏程度如图所示:[1]图1 地震中公路隧道受损评估统计结果根据国内外学者大量的研究结果,地下结构震害类型及原因可归纳为以下四类[2-3]: 第一类是由断层所引起,造成地层的错动和位移,致使地下结构遭到严重破坏。
地下结构抗震知识点总结

地下结构抗震知识点总结地下结构是指建筑物地下部分的结构,如地下室、地下车库、地下通道等。
在地震发生时,地下结构往往面临着较大的地震力作用,因此必须具有一定的抗震能力。
下面将从地下结构抗震设计的基本原理、抗震设计参数、抗震设计方法等方面对地下结构抗震的知识点进行总结。
一、地下结构抗震设计的基本原理地下结构抗震设计的基本原理是通过增加结构的抗震能力,减小地震作用对结构的影响,从而保障地下结构在地震发生时不会发生倒塌或者严重破坏。
具体来说,地下结构抗震设计需要满足以下几个基本原理:1. 增加结构的刚度:地下结构在地震发生时需要承受由地震波引起的地震力,而结构的刚度决定了其对地震力的抵抗能力。
因此,通过增加结构的刚度,可以有效提高地下结构的抗震能力。
2. 控制结构的变形:地震作用会使地下结构发生变形,因此需要通过设计合理的结构形式和控制变形的措施,减小地震作用对结构的影响。
3. 增加结构的耗能能力:地震波具有较大的能量,需要通过增加结构的耗能能力来吸收地震波的能量,减小地震作用对结构的影响。
4. 采用抗震隔震结构:抗震隔震结构是利用隔震器将地震作用和建筑物的重力分离,从而减小地震作用对建筑物的影响。
在地下结构中,通过采用抗震隔震结构可以有效提高其抗震能力。
二、地下结构抗震设计的参数地下结构抗震设计需要考虑一些重要的参数,包括地震设计参数和结构设计参数。
1. 地震设计参数:地震设计参数是指地震作用的相关参数,包括地震作用的设计地震动参数、地震烈度参数和地震作用的时间历程等。
这些参数是地下结构抗震设计的基础,需要通过地震工程领域的专业知识和经验来确定。
2. 结构设计参数:结构设计参数是指影响地下结构抗震能力的结构参数,包括结构的刚度、耗能能力、变形控制措施和抗震隔震结构等。
这些参数需要根据地震设计要求和实际工程情况进行合理选择和确定。
三、地下结构抗震设计的方法地下结构抗震设计的方法主要包括强度设计方法、位移设计方法和能力设计方法等。
地下建筑结构实用抗震分析方法研究

地下建筑结构实用抗震分析方法研究1. 本文概述随着城市化进程的加速,地下空间开发和利用成为解决城市土地资源紧张、缓解交通拥堵、提高城市综合防灾能力的重要途径。
地下建筑结构由于其特殊的地理位置和复杂的受力环境,在地震作用下往往表现出与地面结构截然不同的动力响应特征。
如何确保地下建筑结构在地震中的安全性和可靠性,成为工程界和学术界关注的热点问题。
本文旨在系统研究地下建筑结构的实用抗震分析方法。
通过文献综述,对现有地下结构抗震分析的理论和方法进行梳理,明确当前研究的主要进展和存在的问题。
接着,基于地震工程和地下结构工程的基本原理,提出一种适用于地下建筑结构的抗震分析新方法。
该方法将综合考虑地下结构的几何特性、材料性质、地层条件以及地震动特性,通过数值模拟和模型试验相结合的方式,对地下结构的地震响应进行深入分析。
本文还将探讨地下建筑结构抗震设计的关键参数,包括结构刚度、阻尼比、土结构相互作用等,并分析这些参数对地下结构抗震性能的影响。
结合具体工程案例,验证所提出抗震分析方法的实用性和有效性,为我国地下建筑结构的抗震设计提供理论依据和技术支持。
总体而言,本文的研究成果将有助于提高地下建筑结构在地震作用下的安全性和可靠性,为地下空间的合理开发和利用提供科学指导,具有重要的理论意义和实际应用价值。
2. 地下建筑结构的特点及抗震分析难点地下建筑结构通常位于地面以下,其设计和建造需要考虑到地质条件、水文条件、地下空间利用等多种因素。
这些特点使得地下建筑结构的抗震分析面临着一系列独特的挑战。
复杂的地质条件:地下建筑结构需要适应不同的地质环境,包括土层的类型、地下水位、土壤的承载能力等。
这些因素直接影响结构的稳定性和抗震性能。
空间限制:地下空间的利用受到地面建筑和周围环境的限制,设计时需要充分考虑空间的有效利用和安全性。
施工难度:地下建筑结构的施工通常比地面建筑更为复杂和困难,需要特殊的施工技术和设备。
与地面建筑的相互影响:地下建筑结构与地面建筑之间存在相互影响,需要考虑地面建筑对地下结构的荷载传递和地下结构对地面建筑的影响。
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地下结构的抗震分析本报告做出了针对当前地下结构抗震分析的总结,对当前工程师使用的对地下结构进行地震效应的量化分析的方法进行了描述。
将确定性及概率性这两种抗震风险分析进行了总结。
对恰当的地基运动参数的发展变化进行了简要的叙述,包括峰值速度和加速度,目标反应谱及地基运动时间维度上的过往。
一般来说,地下结构的抗震荷载设计是以周围的土地对地下结构产生的形变和拉应力为特点,或者是两者之间的相互作用进行研究的。
在拟静态分析法中,土地的形变是由于静荷载或者土壤和结构之间的相互作用力造成的,并不包含动态荷载或者地震波传播的影响;而在动态分析法中,则是通过数值分析工具,如有限元或者有限差分析法来针对土壤和结构之间的动态作用进行分析。
本报告还讨论了一些特殊的设计中的问题,包括隧道的分段隧道的连结设计及隧道进口建筑与隧道的连结设计。
一、地下结构的抗震设计分析方法1. 确定性抗震风险分析确定性抗震风险分析包括一个特定的总结现场土地运动的抗震方案。
这个方案要求假定一次特定规模的发生在特定地点的地震。
Reiter 在1990年将该方法分为四步,如图1所示图1 确定性抗震风险分析步骤流程(1)识别并描述所有在该地点能产生显著地基运动的地震来源,包括其各自的几何特点以及地震潜力。
最明显的特性描述地震区通常是断层的存在。
Reiter 在1990年生成一个详尽的列表功能来表明可能在给定地区的断层。
然而,断层的存在并不一定意味着该地区要去积极的应对这一个潜在的地震风险。
其中的标准有相当大的分歧,尤其是在论述一个不活动的断层的标准时。
基于美国核监管委员会的1978年联邦法规,规定能动断层这个词来表明一个断层在过去的活动35 000-500 000年有过运动。
对于非民用基础设施,更短时间尺度将被使用。
(2)选择“源到特定地点”距离参数的每个源,通常是最短的震中震源定位距离,或距离最近的破裂部分的断层的距离。
最近的破裂断层距离比震中距更有意义,特别是对大地震的地方,断层破裂扩展的距离超过了50岁公里。
(3)对研究地震的选择(例如能在该特定地点产生最强烈震动的地震)。
一般通过地基运动参数来表现。
衰减关系通常被用于确定这些基于特定地点特征的附近位臵的参数数据记录。
几项研究已经试图将联系地震震级,最常见的时刻级,观察到的断层形变特征,如破裂长度和面积等之间是否存在强大的相关性。
然而,在整个断裂表面的断层位移测量的无法测量严重限制了我们测量这些特征的能力。
相反,研究人员试图将最大表面位移的大小与不同的结果关联。
基于经验实例,Wells 和Coppersmith 在1994年提出发展了一种能够估计这种相关性的方法。
(4)特定地点地震灾害的正式定义是以峰值加速度、速度和位移反应谱纵坐标,和历史最大可信地震的地基运动时间为特征参数的。
如果适用的话,设计断层的位移应该也能被用于定义正式的特定地点的地震灾害。
2.概率性抗震风险分析概率性抗震风险分析需要提供地震规模的不确定性、可以被识别和量化的位臵和复发率地震,并结合一个理性的态度。
这样的分析为工程抗震设计师提供了一个更完整的,描述在一个特定地点的地震灾害的分析。
这种变化考虑到了显著的地基运动特征。
对于这种分析方法,未来的地震事件在时空上被认为是独立的。
Reiter 在1990年也给出了这种方法的四个步骤。
如图2所示。
图2概率性抗震风险分析步骤流程(1)识别和描述的地震来源,包括地震的概率分布,潜在源区内断裂位臵。
然后结合这些已经公布的关于地震源的几何数据得到“源到特定地点”距离的概率分布。
在在世界各地许多地区,包括美国,活跃的断层通常无法被具体识别。
在这种情况下,该特定地点在历史上发生的地震和在地质方面的考虑就成为抗震风险分析的关键。
(2)地震活动的特征和地震的二次发生在时间上的分布。
从历史数据中获得的信息及研究可以帮助开发一个描述超过一定规模地震复发的平均速率的关系。
(3)确定发生在任何地点源区域的地基运动产生的任何规模的地震衰减关系。
其固有的不确定性的预测关系也被认为是这种衰减关系的一种。
(4)这些给定地震动参数的概率的不确定性得到的组合将在给定的时期后增长。
二、地下结构的抗震设计参数确定1.地基运动系数当最大设计地震及运行设计地震得到定义时,一系列的地基运动参数需要用来代表这些设计地震。
这些参数的选择及应用与设计中使用的分析方法的类型有关。
套地基在一个地基或者结构特定的点,地基运动可以被三个平移参数和三个转动参数确定。
但转动参数通常被忽略。
地基运动参数是以的特点是以历史上时间尺度上的加速度、速度或者位移,以及其他三个重要参数:振幅、频率内容和强烈的地基运动的持续时间被定义的。
2. 地震波的传播和特定地点的地震响应分析研究表明,横向剪切波传输了最大比例的地震能量,并且的垂直面的振幅通常估计为水平面振幅的一半或者三分之二一样大。
然而,在最近的北岭和Kobe的地震中,测量所得的垂直加速度等于,有时甚至大于横向加速度。
地基运动的垂直维度的参数已经成为抗震设计中的重大问题。
3.由地震晃动引发的地基响应的评估对晃动引起的地基响应的评估可以用两组数据来表示,即地面皮坏或塌陷,以及地基震动和形变。
本报告主要研究地基震动及形变,并且假定地基并不会经历大时间尺度的位移。
其中地面塌陷的研究包括地面的溶解破坏,边坡的滑动以及断层发生的位移。
由于造成永久性地面形变的地面塌陷例证的缺失,抗震设计的聚焦已经转到由地震波通道引发的瞬时地基形变的研究。
这种形变是很复杂的,原因是由于地震波在地表的软沉积物之间的交互作用以及和表面地震波的生成和传递。
考虑到工程设计的目的,这些复杂的形变模式被简化为它们的主要模式。
如,地下结构可以认为是在地震晃动中经历了3个主要的形变模式,拉应力与压应力,纵向弯曲和卵形推压荷载。
最简单的方式考虑的是与地下开挖轴平行的压缩波的传播。
这种情况可以用图例表征,即压缩波可以显示为引发出纵向压力和张力的效果。
对地下结构来说,满足压缩波轴传递的的情况会稍微复杂一点,这是由于地下结构和土地之间的相互作用力造成的。
这种交互作用会变得更加重要,如果地面是柔软的,而且在结构和土地之间传递的剪应力在临界剪切强度之内。
对正常情况下的地震波传播或者沿隧道轴线横向传播的情况,引发横截面剪切形变的应力称为推压或卵形作用。
在一般情况下,波可能诱导曲率结构或者诱导沿着隧道备用区域的压力和张力。
隧道内类似横梁的结构会在其对面一边承受压力和张力。
三、抗震荷载设计标准1.最大设计地震的荷载设计标准(1)对随挖随填法的隧道结构其中,U 是设计结构承受荷载强度,D是结构组件承受的恒载的作用,L是活载造成的作用,E1是水土垂直荷载的作用,E2是水土水平荷载的作用,EQ是设计地震运动的作用。
(2)对锚杆支护挖掘的隧道衬砌结构其中,U, D, L 和 EQ与公式1中的定义一致,EX是开挖静荷载的作用,H是静水压力的作用。
2. 运行设计地震荷载设计标准(1)对随挖随填法的隧道结构其中,D, L, El, E2, EQ 和U与公式1中的定义一致。
β 1 =1.05 是用于当E1是极大荷载,E2带有略微不确定性的情况,除此之外的其他任何情况,β 1 =1.3(2)对锚杆支护挖掘的隧道衬砌结构其中,D, L, EX, H, EQ 和 U与公式2中的定义一致。
β 2 =1.05 是用于当EX是极大荷载,H带有略微不确定性的情况,除此之外的其他任何情况,β 1 =1.3只对EX,同时H是可以得到具体定义的。
上面公示和公式4中的荷载因子经常成为讨论和论证的主题。
其最终的决定将取决于具体的工程项目的要求。
四、地下结构对地基变形的响应本部分主要对设计地震的作用EQ进行量化讨论。
关于EQ的量化需要地基中地震波引发的形变以及地下结构与土地之间的相互作用有更深入的理解。
本部分将重点讨论如何计算和确定3个形变模式(拉应力与压应力,纵向弯曲和卵形推压荷载)带来的形变和应力。
1.自由场形变计算法自由场形变计算法描述在假定没有地下结构或者开挖的情况下地震波引发的地基张力的大小。
这种这些变形忽略地下结构和周围土地的之间的交互作用,并能够显示地下结构预期形变的第一级预估。
(1)闭型弹性解法简单来说,闭型解法对推导隧道的张力和形变的初始值是十分有效的。
通过将隧道简化为弹性梁,可以得到隧道的轴向和曲率形变,运用弹性梁理论,轴向张力可以通过轴向形变带来的纵向张力联合弯曲形变一起解出。
如下公式,其中,圆形隧道的半径,或者矩形隧道高的一半分别于P波,S波,瑞利波相对应的粒子加速度峰值相对于隧道轴的地震波入射角隧道衬砌材料的泊松比与P波对应的粒子速度峰值P波传递的表观速度与S波对应的粒子速度峰值S波传递的表观速度与瑞利波对应的粒子速度峰值瑞利波传递的表观速度(2)圆形隧道的卵形形变计算当地震波的传播与隧道轴垂直最终做出横向传播的时候,大多数是在二维平面应变的情况下,卵形形变就会产生。
而地基的剪切变形可以通过两种方式来进行定义,如图3所示。
在无孔的地基分析中,沿直径的最大张力只是自由场最大剪切应变的函数:在有孔的地基分析中,沿直径的张力与地基中介质的泊松比还有进一步的关系:公式8和公式9都是在假定没有衬砌的条件下,并且最终忽略掉了隧道与地基的相互作用力。
在自由场方法中,有孔的地基会衍生出比无孔地基更大的扭矩,甚至会是其2倍到3倍。
这就解释了合理范围内的扭矩的大小标准的确定,即较小硬度的衬砌条件下与其周围的土有关,而当衬砌的硬度与传播介质的硬度一致时,无孔的形变方程会更合适。
具有更大硬度的衬砌应该会活的比以上这些情况给出的更小的扭矩。
图3 有孔的和无孔的圆形地基中自由场剪切变形(3)矩形隧道的推压形变计算当一个矩形的盒子状结构在地震中承受剪切变形的时候,这个结构会获得横向的推压形变,如图4所示。
这种推压形变可以通过计算地基中的剪切应力来计算获得。
图4 典型的作用在一个埋入式矩形框架的自由场推压形变(4)数值模拟数值模拟分析对估计自由场的剪切变形在一些时候是有必要的,尤其是当这处地点的地质分层比较明显的时候。
大量的电脑程序都能够用来做这种分析,例如1维的地震波传播分析,以及FLUSH和LINOS软件。
大多数程序在模拟某特定场地的地质条件时,是按照水平分层进行系统模拟,并且推导出了利用1维地震波传播理论的方法。
Navarro 在1992年提出了针对由于体波(剪切应力和压力)和表面波(瑞利波和艾氏波)引起的地基变形和压力的数值计算法,在这种计算法中,自由场的剪切变形的计算可以通过剪切应变的分布或者剪切应力的形变随着深度变化的模式来表达。
2.土壤和地下结构相互作用法地下结构的存在会改变自由场地基的形变,接下来将描述如何模拟土壤和地下结构的相互作用力。
这种方法计算比较复杂,此处只简要介绍步骤。