不同规范中地下结构地震反应分析的反应位移法对比研究
地下结构震害及抗震分析方法综述
地下结构震害及抗震分析方法综述安腾【摘要】At present, China has begun to develop underground space, especially the subway projects. Usually, the underground structure has good seismic performance, and relatively few earthquake disasters. But if the underground structure is damaged by the earthquake, it will cause serious damage and cannot be repaired. This paper mainly introduces the seismic hazard characteristics of underground structures and compared the methods of seismic analysis of underground structures, such as the reaction displacement method, free field deformation method and so on.%目前,我国开始大力发展地下空间,尤其是地铁工程.通常情况下,地下结构具有良好的抗震性能,地震灾害相对较少.但是地下结构一旦遭受地震破坏,将会带来严重损失并且难以修复.本文主要介绍了地下结构的地震灾害特征以及常用的地下结构抗震分析方法.并且对比分析了反应位移法、自由场变形法和地震系数法等的特点以及不足.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2018(037)011【总页数】2页(P244-245)【关键词】地下结构;地震灾害;抗震性能;反应位移法【作者】安腾【作者单位】榆林学院,榆林719000【正文语种】中文【中图分类】TU930 引言随着现代城市的不断发展与人口的迅速增长，人类对生活空间的需求也不断扩大，地下结构的不断发展便是其真实写照。
abaqus 地下结构抗震 反应位移法
Abaqus 地下结构抗震反应位移法一、引言地下结构的抗震设计一直是工程领域的热门话题，地下结构在地震作用下可能受到严重破坏，因此需要对其进行抗震设计和分析。
而其中的反应位移法在地下结构的抗震分析中得到了广泛的应用，Abaqus 软件作为一款强大的有限元分析工具，在地下结构抗震反应位移法中也具有很高的应用价值。
本文将对Abaqus软件在地下结构抗震反应位移法中的应用进行系统的介绍。
二、地下结构抗震分析的重要性1. 地下结构在工程领域中的重要性地下结构作为现代城市建设的重要组成部分，在城市的供水、供热、排水、交通、防护等方面都发挥着重要作用。
而地下结构在地震作用下的破坏可能会给城市的安全和稳定带来严重影响，因此对地下结构进行抗震分析和设计具有重要意义。
2. 抗震分析的必要性地震是一种常见的自然灾害，具有突发性和破坏性。
地震作用下地下结构可能受到严重的破坏，因此需要进行抗震分析和设计来保证地下结构在地震作用下的安全性。
三、Abaqus软件在地下结构抗震反应位移法中的应用1. 地下结构抗震分析的基本原理地下结构抗震分析主要是研究地下结构在地震作用下的受力和变形情况，通过分析地下结构的地震响应，评估地下结构的抗震性能。
在地下结构抗震分析中，反应位移法是一种常用的分析方法，它是通过建立地下结构的受力平衡方程和动力平衡方程，利用结构的刚度矩阵和地震激励谱，计算地下结构在地震作用下的位移响应。
2. Abaqus软件在地下结构抗震分析中的优势Abaqus软件作为一款强大的有限元分析工具，具有很高的分析精度和计算效率，在地下结构抗震分析中具有很强的应用价值。
Abaqus 软件可以实现地下结构的三维动力分析，在考虑地震激励的情况下，计算地下结构在地震作用下的动力响应。
3. Abaqus软件在地下结构抗震反应位移法中的具体应用Abaqus软件在地下结构抗震反应位移法中具体包括以下几个方面的应用：（1）建立地下结构的有限元模型。
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。
反应位移法和时程分析法在地下车站抗震设计中的应用
（kN/m2）；Gd—土层的动剪切模量（kPa）；H—计算点至地表的垂直距离（m）；Sv—地表的速
度反应谱（m/s）；Tg—地层的特征周期值（s）；Sa—地表的加速度反应谱（m/s2）；
4）结构的惯性力
结构自身的惯性力可将结构物的质量乘以最大加速度来计算，作为集中力可以作用在结构形心
上，也可以按照各部位的最大加速度计算结构的水平惯性力并施加在相应的结构部位上。计算公式
结构与周围土层间的剪切力地下结ຫໍສະໝຸດ 与土层接触处的剪切力根据下式计算：
U
=
Gd H
SV
Tg
sin(zu ) 2H
（3）
B
=
Gd H
SV
Tg
sin( zB 2H
)
（4）
S
=
U
+ 2
B
（5）
-3-
SV
=
Tg Sa 2
（6）
式中：τU—顶板上表面剪力（kN/m2）；τB—底板下表面剪力（kN/m2）；τS—侧壁表面剪力
1 工程概况
本站为地下两层岛式车站，站台宽度为 12m，车站主体总长约 253m，标准段基坑宽 20.7m，扩 大端基坑宽 24.9m，中心里程为 K2+778.660。车站顶板覆土约 2.9m，标准段底板埋深 16.3m，盾构 井段底板埋深 19.8m，本车站为地下两层两跨箱形框架式结构，车站采用明挖法施工。本站紧邻既 有车站和区间，与既有 1 号线车站进行通道换乘。车站与既有车站最小结构净距为 3.74m，车站与 既有区间最小结构净距为 3.94m。
本工程沿线抗震设防烈度 7 度区内，设计基本地震加速度值为 0.15g，设计地震分组为第一组， 车站 20m 深度范围内等效剪切波速测试值为 262～303m/s，场地类别为Ⅱ类，设计特征周期为 0.40s。， 本段线路除上部填土层外，地质年代为第四系晚更新世（Q3）及以前地层，地震烈度为 7 度时可初 步判别为不液化或可不考虑液化影响。
对地下建筑结构实用抗震分析方法研究
对地下建筑结构实用抗震分析方法研究摘要：在建筑科技迅速发展的当代，地上建筑结构的抗震理论日益成熟，相比之下地下建筑结构抗震的研究相对滞后，也逐渐有人关注和深入研究地下建筑结构的地震效应，对此领域也出现了仁者见仁智者见智的百家争鸣之态，每种理论都有各自的立足点，当然也不乏不足之处待以完善。
本文就当下几种地下建筑结构抗震的分析办法进行阐述和总结，希望可以带动更多的人对地下建筑结构的抗震分析引发更深的思考。
关键词：抗震；地下建筑；周围土体随着我国经济的迅速发展，地下结构工程也逐渐步入正轨，形成一套严密的体系。
一般来说，地下建筑结构能避开地面结构的一些缺陷，例如外界环境影响减弱，建筑的刚度也较大，这并不意味着地下结构工程可以永远避免地震等意外的发生，并且由于目前国内对于地下建筑结构实用抗震策略研究的层次较浅或者说研究成果较少，一旦发生地震，那么地下建筑将会受到巨大破坏，并且在灾后也不能给出及时的补救办法，造成更大的财力人力损失。
因此，我们需要加强对这方面的研究，使地下建筑结构抗震的研究速度能够跟上地下建筑工程的发展速度。
本文首先分析了近年来国内外抗震分析办法的发展并对具体的方法做出阐释，同时研究了地下结构工程抗震反应的特点，结合这两方面的内容，笔者提出了一些自己的想法，以期推进我国地下建筑结构实用抗震研究进程献。
1.地下建筑结构工程地震特性地震发生时，地下结构显示出来的特性主要有以下几点：首先，地下建筑结构的振动应变和地震的加速度联系较小；其二，周围地基的约束会对结构的振动产生很大影响，反之，地下建筑的振动对周围地基的影响较小；其三，地震发生时，地面建筑结构的各点相位差别不大，但是地下建筑结构的各点相位差别就会比较明显；其四，虽然地下建筑结构和地面建筑结构和周围地基的相互作用都会严重影响其动力反应，但是具体程度和方式都是不尽相同的；最后，地震波的入射方向也会影响结构的变化，即使入射方向只改变一点，但对于地下建筑结构来说，其应力会有很大改变，变形严重。
地铁地下结构抗震设计方法差异性规律研究
数值模型边界， 其余的地层变形传递、 土结构的相互 作用即可由数值程序自动计算。 整个分析过程不考 虑时间的变化， 是一种拟静力分析法
［8 ］
， 详见图 5 。
图5 图3 Fig． 3 张建民地震土压力计算模型 Fig． 5
强制反应位移法计算模型
Calculating model of modified cross
引
言
近年来， 作为生命线工程重要组成部分的地铁地
下结构抗震设计日益成为各国工程设计人员关注的 重要问题。而长期以来， 我国地铁地下结构的抗震设 《铁路工程抗震设计规范 》 （ GB 50111 — 计基本是参照
基金项目： 国家自然科学基金 （ 40972189 ） ， 北京市自然科学科技基金 重点项目 （ 8111001 ） ， 北京工业大学研究生科技基金 （ ykj20116505 ） 和国家自然科学基金 （ 41172254 ） 作者简介： 陶连金， 博士， 教授 1129 收稿日期： 2011-
第 45 卷第 12 期 2 0 1 2 年 12 月
土
木
工
程
学
报
CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL
Vol． 45 Dec．
No．ห้องสมุดไป่ตู้12 2012
地铁地下结构抗震设计方法差异性规律研究
陶连金 王文沛 张 波 黄 俊 刘 璐
（ 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室 ，北京 100124 ）
1． 2
反应位移法
反应位移法一般在地基弹簧远离结构位置处施 加相对位移， 相当于将地震时产生的变形以等效静力 荷载的形式加在结构上， 同时考虑了地震剪应力和结 构惯性力， 如图 2 所示。土结构之间相互作用通过动 力弹簧系数（ 即动力基床系数 ） 起作用， 其取值可参考 日本铁路抗震设计规范、 中国地下铁道勘察规范基床 系数（ GB 50307 —1999 ） 、 薄层法计算结果以及静力有 限元模型中施加单位强制位移， 各方法计算结果差异
浅谈地下建筑结构抗震性能
浅谈地下建筑结构抗震性能关于地下建筑的抗震性能的分析和抗震简化计算方法的探讨起步较迟，在日本神户1995年地震发生之前，人们对地下建筑结构向来缺乏抗震设计。
这是由于地下建筑结构不同于普通地面建筑结构，地下建筑结构受到围岩的的约束作用，在地震时并没有明显的自震特性表现出来。
这是因为地下建筑结构的动力响应主要受到围岩介质的相对变形的影响，而与此同时地下建筑结构对围岩介质也会产生相对的作用，从而形成土——结构相互作用的现象。
人们对地下建筑结构的抗震性能缺乏了解和认识，对地下建筑的抗震性能也不够关注。
直到近些年，关于地下建筑结构关于抗震方面的研究才逐渐兴起，慢慢形成规模。
下面本文就将简单的对地下建筑结构的抗震性能分析与抗震简化计算方法进行一些探讨。
一、地下建筑结构抗震性能分析对于地下建筑结构，建筑结构土层的厚度和建筑所处地理位置的岩层种类等都对地下建筑结构的抗震性能产生影响。
具体说来以下几个的方面因素都会影响到地下建筑的抗震性能。
本文通过假设土体与结构在地震作用下变形协调为基础，通过建立三维地下建筑结构有限元单元整体分析模型，利用ABAQUS这一软件分析地下建筑结构在地震单种工况作用下的抗震性能。
与此同时，对地面结构也同样的建立三维整体有限元模型，比较得出地下建筑结构与之存在的差异，从而研究出土层厚度、围岩性质等因素对地下建筑结构地震响应的影响。
通过模型分析，我们可以得出这样的一些结论。
1、地下建筑结构的埋深对其抗震性能有显著的影响。
这是因为，在一定的范围内，如果地下建筑结构的埋深越深，地下建筑结构的结构内力就会越大，同时地下建筑结构的侧移也会变大。
但当地下建筑结构的埋深突破了这个范围，地下建筑结构的结构内力和侧移受到建筑结构埋深的影响会逐渐变小，甚至埋深的深度对地下建筑结构的结构内力和侧移的影响呈反向的。
2、地下建筑结构所处的围岩性质对地下建筑结构的抗震性能有着直接的影响。
地下建筑结构受到围岩的约束力因围岩的软硬而有所不同，如果围岩比较软那么其对地下建筑结构的约束力就相应的较弱，这就会导致地下建筑结构更易产生较大的变形，从而影响到地下建筑结构的抗震性能。
地下结构横断面地震反应分析的反应位移法研究-岩石力学与工程学报
收稿日期：2012–07–11；修回日期：2012–09–20 基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2011CB013602)；北京市自然科学基金重点项目(8111001)；国家自然科学基金重大研究计划项目 (90715035) 作者简介：刘晶波(1956–)，男，博士，1982 年毕业于大连理工大学工程力学专业，现任教授、博士生导师，主要从事土–结构相互作用、地下 结构抗震方面的教学与研究工作。E-mail：liujb@
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岩石力学与工程学报
2013 年
应位移法中计算模型、地基弹簧系数、地震作用等 进行了研究，从而发展了多种不同形式的反应位移 法。
目前，反应位移法经过多年发展，在我国一些 抗震设计规范中得到了应用[9-13]。通过比较发现， 不同规范中反应位移法计算模型及参数选取存在一 定区别。已有研究表明，反应位移法在计算地下结 构地震反应时存在较大误差[7，9，14]。究其原因，反 应位移法的计算模型、地基弹簧系数及地震作用形 式还有不太明确之处。
近土–结构动力相互作用法的计算结果，是一个实用性较高的拟静力计算方法。
关键词：地震工程；地下结构；地震反应；土–结构相互作用；反应位移法
中图分类号：P 315.9
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2013)01–0161–07
RESEARCH ON RESPONSE DEFORMATION METHOD IN SEISMIC ANALYSIS OF UNDERGROUND STRUCTURE
LIU Jingbo，WANG Wenhui，ZHANG Xiaobo，ZHAO Dongdong
复杂断面地下结构地震反应分析的整体式反应位移法_刘晶波
第47卷第1期2014年1月土木工程学报CHINA CIVIL ENGINEEＲING JOUＲNALVol．47Jan．No．12014基金项目：国家973项目（2011CB013602）、北京市自然科学基金重点项目（8111001）和国家自然科学基金重大研究计划项目（90715035）作者简介：刘晶波，博士，教授收稿日期：2013-02-28复杂断面地下结构地震反应分析的整体式反应位移法刘晶波王文晖赵冬冬张小波（清华大学，北京100084）摘要：介绍地下结构抗震分析中常用的反应位移法存在的局限性，在借鉴反应位移法基本原理的基础上，提出一种适用于复杂断面地下结构地震反应分析的整体式反应位移法。
从理论上论证该方法与反应位移法基本原理的一致性，详细介绍该方法的实施步骤与特点，给出地震作用的求解方法。
该方法采用土-结构相互作用模型来直接反映土体与结构间的相互作用，避免了引入地基弹簧带来的计算量和计算误差。
采用连续自由场土层模型来计算等效输入地震动荷载，概念明确、操作简单，能较好地适用于复杂断面地下结构的地震反应分析。
结合实际工程与动力时程方法进行对比研究，结果表明，文中提出的整体式反应位移法是一个精度较高、计算简便、适用性很强的拟静力计算方法，可以用于地下结构的抗震分析与设计中。
关键词：地震工程；地下结构；抗震分析；整体式反应位移法；复杂断面中图分类号：TU311P315．9文献标识码：A文章编号：1000-131X （2014）01-0134-09Integral response deformation method in seismic analysis ofcomplex section underground structuresLiu JingboWang WenhuiZhao DongdongZhang Xiaobo（Tsinghua University ，Beijing 100084，China ）Abstract ：Main problems of the response deformation method currently used for seismic respone analysisi of underground structures are discussed．Then based on the response deformation method ，an integral response deformation method for complex section underground structures is proposed．The implementation procedure and features of the method are introduced in some details．Also included in the paper is a solution method of the earthquake loads which can reflect the soil-structure interactions under dynamic loading．The new method takes the soil-structure model to realize the interaction between soil and structure ，and it takes the consecutive free-field soil model to calculate the equivalent earthquake load．The proposed method is of clear concept and easy for application．The method can be well applied in seismic analysis of the complex section underground structures．In order to verify the efficiency of the method ，the integral response deformation and finite element dynamic analysis are conducted to calculate two actual subway station structures．The analysis results show that the integral response deformation method is more practical and suitable for seismic response analysis and design of underground structures．Keywords ：earthquake engineering ；underground structure ；seismic analysis ；integral response deformation method ；complex sectionE-mail ：liujb@tsinghua．edu．cn引言随着城市化的进程，城市地下空间正在被迅速的开发和利用，地下结构工程技术也得到了大力发展［1］。
地下结构抗震分析综述
地下结构抗震分析综述摘要：随着我国地下空间的大力发展，地震对地下结构产生的不利影响。
查阅文献总结了大开地铁车站震害表现及原因分析，结合相关规范和文献总结地下结构抗震分析方式及地下结构抗震构造措施。
关键词：地下结构；地震灾害；抗震性能；构造措施1 引言地下结构因受周围地基土约束，地震时结构与土层保持同步运动，使得地下结构相较地上结构所受到的惯性力及振动幅度较小。
在阪神地震前，人们普遍认为地下结构有较强抗震能力，但大开车站遭受严重的破坏，使得人们对地下结构抗震性能有了新的认识，引发人们的关注。
本文以大开车站震害表现为例，总结各学者对大开车站遭受破坏的机理。
结合《地铁设计规范》和《建筑抗震设计规范》总结了地下结构的抗震构造措施。
依据各学者对地下结构抗震的研究，总结了地下结构抗震构造措施。
2 大开车站震害及破坏机理阪神大地震于1995年1月17日发生在日本兵库县的7.3级特大都市地震。
震中位于兵库县淡路岛北部的明石海峡，震源深度16千米。
包括兵库县、大阪府和京都府在内的日本京畿地区受灾严重，而这其中又以靠近震源中心的神户市受灾情况最为惨烈。
大开地铁车站采用明挖法，修建于1962～1964年间。
该车站在设计时未考虑抗震要求，仅按静力法设计。
大开站是地下2层构造车站，地下一层是站厅层，地下二层是站台层。
站台层是2面2线侧式结构，中间是35根起主要支撑作用的中柱，两侧分别是列车轨道与站台。
阪神大地震对大开站靠近高速长田一侧造成了毁灭性的打击，负2层25根中柱有不同程度的受损，部分中柱受损最为严重，几乎被压垮到只有原高度的3分之1。
该结构中柱破坏形式包括柱顶剪切破坏，单向压弯破坏，呈灯笼状压弯破坏。
由于中柱丧失承载能力，致使上部结构顶板塌落，呈M形破坏形式。
顶板出现的横向裂缝大致沿纵向相等距离分布，大多出现在中柱的边缘。
侧墙上部腋下部的混凝土发生脱落，内侧的主筋发生失稳，外侧产生了最大宽度200mm的裂缝，左右两侧侧墙上部均向内部发生了一定倾斜。
地下结构强制反应位移法和反应加速度法的对比分析
第４２卷㊀第４期２０２０年７月地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报C H I N A E A R T H Q U A K EE N G I N E E R I N GJ O U R N A LV o l ．４２㊀N o ．４J u l y,２０２０㊀㊀收稿日期:２０１８Ｇ０５Ｇ１６㊀㊀基金项目:中国地震局工程力学研究所基本科研业务费专项资助项目(２０１４B ０３,２０１７B １０,２０１７B １４);国家重点研发计划(２０１６Y F C ０８００２０５);国家自然科学基金项目(５１４３８００４)㊀㊀第一作者简介:徐琨鹏(１９９５－),男,硕士,主要从事地下工程抗震方面的研究.E Ｇm a i l :i e m _x k p＠１６３．c o m .㊀㊀通信作者:景立平(１９６３－),男,研究员,主要从事地下工程抗震方面研究及教学.E Ｇm a i l :j i n g _l i p i n g＠１２６．c o m .徐琨鹏,景立平,宾佳．地下结构强制反应位移法和反应加速度法的对比分析[J ]．地震工程学报,２０２０,４２(４):９６７Ｇ９７２．d o i :１０．３９６９/j．i s s n ．１０００－０８４４．２０２０．０４．９６７X U K u n p e n g ,J I N GL i p i n g ,B I NJ i a ．A C o m p a r a t i v eA n a l y s i so fF o r c e dD i s p l a c e m e n t a n dR e s po n s eA c c e l e r a t i o n M e t h o d s f o r U n d e r g r o u n dS t r u c t u r e s [J ]．C h i n aE a r t h q u a k eE n g i n e e r i n g J o u r n a l ,２０２０,４２(４):９６７Ｇ９７２．d o i :１０．３９６９/j．i s s n ．１０００－０８４４．２０２０．０４．９６７地下结构强制反应位移法和反应加速度法的对比分析徐琨鹏,景立平,宾㊀佳(中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨１５００８０)摘要:首先基于地震作用下地下结构的变形受周围地基土变形控制这一相互作用特征,在反应位移法的基础上讨论两种简化分析方法:一种是将土层变形施加在模型边界模拟地震作用;另一种是将土层加速度施加到整个模型上模拟地震作用.这两种简化分析方法都避免了反应位移法中弹簧刚度的取值问题,提高了计算效率.其次分析不同地震动强度㊁不同侧边距的计算结果,并用动力时程分析的计算结果校核,分析两种简化计算方法的精度.结果表明:随着地震动强度的增加两种简化分析方法的计算结果都令人满意,使用强制反应位移法时建议侧边距取两倍结构宽度,使用反应加速度法时建议侧边距取三倍以上结构宽度.关键词:地下结构;强制反应位移法;反应加速度法;侧边距;抗震分析中图分类号:T U ４㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:１０００－０８４４(２０２０)０４－０９６７－０６D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１０００－０８４４．２０２０．０４．９６７AC o m p a r a t i v eA n a l y s i s o f F o r c e dD i s p l a c e m e n t a n dR e s po n s e A c c e l e r a t i o n M e t h o d s f o rU n d e r gr o u n dS t r u c t u r e s X U K u n p e n g ,J I N GL i p i n g,B I NJ i a (I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g M e c h a n i c s ,C h i n aE a r t h q u a k eA d m i n i s t r a t i o n ,H a r b i n１５００８０,H e i l o n g j i a n g ,C h i n a ) A b s t r a c t :T w ok i n d s o f s i m p l i f i e da n a l yt i c a lm e t h o d s a r ed i s c u s s e d ．B o t hw e r ed e r i v e d f r o mt h e r e s p o n s e d e f o r m a t i o nm e t h o d b a s e d o n t h e p r e m i s e t h a t t h e d e f o r m a t i o n o f a nu n d e r gr o u n d s t r u c Ｇt u r e d e p e n d s o n t h ed e f o r m a t i o no f t h e f o u n d a t i o n s o i l ．O n em e t h o d a p p l i e d g r o u n dd i s pl a c e m e n t t o t h e b o u n d a r y o f t h e f i n i t e e l e m e n tm o d e l t o s i m u l a t e s e i s m i c l o a d ;t h e o t h e r a p p l i e d g r o u n d a c Ｇc e l e r a t i o n t o t h e i n t e g r a l f i n i t e e l e m e n tm o d e l t o s i m u l a t e s e i s m i c l o a d ．B o t h s i m p l i f i e d a n a l yt i c a l m e t h o d s a v o i d e d c a l c u l a t i n g t h e v a l u e o f t h e s p r i n g s t i f f n e s s a n d i m p r o v e d t h e c o m pu t a t i o n a l e f f i Ｇc i e n c y ．C a l c u l a t e d r e s u l t sw i t hd i f f e r e n t g r o u n d m o t i o n i n t e n s i t i e sa n d l a t e r a lm a r g i n sw e r eo b Ｇt a i n e d a n d c h e c k e dw i t ht h e r e s u l t so f t h ed y n a m i c t i m e Ｇh i s t o r y m e t h o d ．T h e y sh o w e dt h a t t h er e s u l t s o f t h e t w o s i m p l i f i e d a n a l y t i c a lm e t h o d sw e r e s a t i s f a c t o r y a s t h e g r o u n dm o t i o n i n t e n s i t y i n c r e a s e d．T h e l a t e r a lm a r g i nh a dt ob e t w i c e t h ew i d t ho f t h es t r u c t u r ew h e nu s i n g t h e f o r c e d d i s p l a c e m e n tm e t h o d,a n dn e e d e d t o b em o r e t h a n t h r e e t i m e s t h ew i d t ho f t h e s t r u c t u r ew h e nuＧs i n g t h e r e s p o n s e a c c e l e r a t i o nm e t h o d．K e y w o r d s:u n d e r g r o u n ds t r u c t u r e;f o r c e dr e s p o n s ed i s p l a c e m e n tm e t h o d;r e s p o n s ea c c e l e r a t i o n m e t h o d;l a t e r a lm a r g i n;s e i s m i c a n a l y s i s０㊀引言近年来,为了缓解城市空间不足问题,全世界都在大力发展地下工程以提高城市空间利用率,地下工程已经成为城市正常运转不可或缺的生命线工程,包括地下管线系统㊁轨道交通㊁地下停车场㊁地下商场等[１].但是地下结构的安全却没有得到相应的重视,过去人们都认为地下结构的抗震性能优于地面结构,所以没有充分地重视地下结构的抗震设计,导致地下结构抗震研究以及设计规范发展迟缓.直到１９９５年日本阪神大地震造成了地下结构的严重破坏[２],地下结构的抗震问题才真正吸引了学者们的关注.长期以来我国没有专门针对地下结构的统一抗震设计规范,各种规范所采用的方法和参数都不一致.我国早期的很多地下结构抗震设计依然沿用地面结构的静力设计思想,但是地下结构在地震过程中受地基土约束,变形也受土体控制[３Ｇ４],从抗震原理上来说与地面结构有所区别.美国和日本等发达国家对地下结构抗震的研究较早,并且在结构变形受土体控制这一思想的基础之上,提出了很多实用的简化抗震设计方法,包括自由场变形法㊁柔度系数法以及推广度较高的反应位移法等.中国的建筑抗震设计规范采用反应位移法,但是其中地基弹簧系数对于计算结果存在着决定性影响,弹簧系数的取值又难以准确确定.为了避开弹簧系数的取值问题,许多学者提出了改进方法,如A k i r a等[５]提出了强制反应位移法,片山等[?]提出了反应加速度法,刘晶波等[６Ｇ７]提出了P u s hＧo v e r方法㊁整体式反应位移法,这些简化分析方法的提出都为地下结构抗震指明了新的方向,但是其适用性却不是十分明朗.本文在大型通用有限元软件A B A Q U S的基础上,针对一个双跨箱形地下结构的算例,通过强制反应位移法和反应加速度法进行计算对比,然后结合动力时程分析的结果,分析其弯矩㊁剪力㊁相对位移的计算精度,验证两种地下结构抗震简化分析方法的适用性和正确性.１㊀常用地下结构抗震分析方法简介１．１㊀动力时程分析法动力时程分析法即通过有限元软件,建立土层Ｇ结构模型,结构采用梁单元模拟,当只考虑从底部向上传播的剪切波时,两侧边界采用竖向固定㊁水平向释放的方式,底边界固定竖向,然后在水平向以加速度时程或速度时程等地震动记录输入模型,从而模拟水平地震动作用下土Ｇ地下结构地震反应.计算模型示意见图１.动力时程分析法通过逐步积分可以求得结构在施加地震动的整个过程中所有时刻的动力响应,可以比较精确地处理各种材料的非线性,还能考虑地震波本身的频谱特性和振动持时.因为计算结果比较精确,该方法目前常用于各种简化分析方法的校核,但是在实际使用的过程中动力分析需要有较好的描述土动力特性的本构关系,而且非线性计算时间比较长,求解代价很大,所以对于使用人员以及计算设备的要求都比较高,通常只用于重大工程项目抗震设计的计算分析.图１㊀动力时程分析法模型F i g．１㊀D y n a m i c t i m eh i s t o r y m e t h o dm o d e l １．２㊀强制反应位移法强制反应位移法是反应位移法的一种简化形式,这种简化的目的是为了避免弹簧刚度值的计算,计算过程与反应位移法类似,都是首先计算出地震作用下结构顶底板对应位置处土层的最大位移差,８６９㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年此时结构处于最大变形状态,也是结构响应最大的状态,然后取出该时刻所有土层的相对位移,在有限元模型的两侧以强制位移的形式施加在侧边界上,采用静力的方法计算结构响应,模型见图２.但是A k i r a 在文章中指出以这种方法处理荷载会造成自由场应变只能在静力模型的边界及附近位置准确传递,在远离边界的位置会因为土体阻尼的存在而衰减,尤其是结构周围的土体,应变会衰减２０％~５０％.但是由于结构刚度一般比土体刚度大,结构变形应该小于自由场变形,若把侧边距设置过小,土体阻尼不能发挥作用时,自由场变形就相当于直接施加在结构本身,这样也会导致结构响应过大,需要找出一个比较合适的侧边距才能够让该方法真实的体现结构响应.图２㊀强制反应位移法模型F i g ．２㊀F o r c e dd i s pl a c e m e n tm e t h o dm o d e l １．３㊀反应加速度法反应加速度法是反应位移法的另一种简化途径,目的同样是为了避免弹簧刚度取值不准造成的计算误差.首先计算出地震作用下结构顶底板对应位置处土层的最大位移差,然后取出该时刻所有土层的加速度,再将加速度施加到整个土层和结构上面,以静力的方法计算结构响应,模型见图３.近年来国内逐渐采纳并推广了反应加速度法,上海地方标准«地下铁道建筑结构抗震设计规范»[８]㊁国家标准«城市轨道交通结构抗震设计规范»[９]都引入了该方法.图３㊀反应加速度法模型F i g ．３㊀R e s po n s e a c c e l e r a t i o nm e t h o dm o d e l ２㊀算例分析２．１㊀模型建立本文针对单一土层中埋深７m 的双跨矩形地下结构在地震作用下的响应建立模型.矩形地下结构尺寸为８mˑ４m ,墙厚０．８m ,分别以动力时程分析法㊁强制反应位移法和反应加速度法计算其弯矩㊁剪力和中柱相对变形.采用瑞利阻尼,α和β的值分别为０．５和０．００５,该地下结构的横截面抗震分析参照平面应变问题考虑,土体与结构之间的接触采用A B A Q U S 自带的面对面摩擦型接触,切向行为采用粗糙,法向行为采用硬接触.土体与结构参数列于表１.表１㊀土体与结构的物理力学参数T a b l e １㊀P h ys i c a l a n dm e c h a n i c a l p a r a m e t e r s o f s o i l a n d s t r u c t u r e 类型密度/(gc m －３)弹性模量/M P a 泊松比内摩擦角/(ʎ)黏聚力/k P a土体１．９３００．３３０３０结构２．３３０００００．１６７㊀㊀动力时程分析法参照规范将侧边距和底边距取为结构宽度和高度的４倍,然后改变模型尺寸进行两种简化分析方法的试算.模型见图４㊁５.动力时程分析时地震波从模型底部水平向输入,输入为E l ＧC e n t r o 波.自由场模型与土Ｇ结构动力时程模型采用相同的土体参数,各震动强度下土层位移差最大时刻的相对位移分布和加速度分布见图６㊁７(此时结构顶底所在的土层位移差最大).２．２㊀结构响应分析２．２．１㊀不同侧边距结果分析首先计算出动力时程分析法的结果作为校核标准,此时模型侧边距取为结构宽度的４倍,再改变模型尺寸以两种简化分析方法对结构响应进行计算.截面的弯矩㊁剪力和相对位移计算结果列于表２.此时输入地震动的峰值加速度均为０．４g .９６９第４２卷第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀徐琨鹏,等:地下结构强制反应位移法和反应加速度法的对比分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图４㊀二维土Ｇ结构动力时程模型F i g ．４㊀T w o Ｇd i m e n s i o n s o i l Ｇs t r u c t u r e d yn a m i cm o d e l 图５㊀结构尺寸与控制截面F i g．５㊀S i z e o f s t r u c t u r e a n d c o n t r o l s e c t i o ns 图６㊀各工况自由场最不利水平相对位移分布F i g ．６㊀L e a s t f a v o r a b l e d i s pl a c e m e n t d i s t r i b u t i o no f f r e e Ｇf i e l du n d e r d i f f e r e n t c o n d i t i on 图７㊀各工况自由场水平加速度分布F i g．７㊀A c c e l e r a t i o nd i s t r i b u t i o no f f r e e Ｇf i e l du n d e r d i f f e r e n t c o n d i t i o n ０７９㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年表２㊀不同侧边距的弯矩㊁剪力和变形计算结果T a b l e ２㊀B e n d i n g m o m e n t ,s h e a r f o r c e a n dd e f o r m a t i o no f s t r u c t u r ew i t hd i f f e r e n t l a t e r a lm a r gi n s 侧边距(D /W )使用方法弯矩/(k N m )截面A截面B 截面C 截面D误差/％剪力/k N截面A 截面B 截面C 截面D误差/％中柱顶底相对位移/mm 截面A ~C误差/％１倍强制反应位移法４５１．７－４１８．７３５０．８４４５．０３１．７６－２５６．０－２５６．０－２３１．１－３４４．７３５．４３４．６７７９０．９０反应加速度法２７９．２－２５２．３２４４．０３１３．１７．８３－１５６．３－１５６．３－１７５．９－２５０．５７．２５３．９１１１１５．６４２倍强制反应位移法２８１．６－３２４．０２６９．８３５０．７１．０５－１７８．３－１７８．３－１９６．２－２９１．９４．６１１．３３８５７１．１３反应加速度法２９２．８－２６４．７２５２．８３２１．４５．０４－１６４．０－１６４．０－１８０．７－２５５．５４．０４４．２６８４７．９４３倍强制反应位移法１９１．１－１７０．６１９５．１２６８．８２９．１７－１０６．９－１０６．９－１６５．１－２４５．３２４．５４０．５７０８８７．６９反应加速度法２９８．５－２６９．９２５６．０３２５．１５．４６－１６７．２－１６７．２－１８２．７－２５８．０２．６４４．３２０４６．８１强制反应位移法１６１．４－１０１．９１４０．９２１０．６４４．６６－５６．４－５６．４－１４０．０－２１３．２４５．９９０．１０４６９７．７４４倍反应加速度法２６６．８－３０５．３２５７．５３２６．２３．９１－１６８．３－１６８．３－１８３．０－２５８．５２．２２４．３３２４６．５５动力分析２７９．１－３２３．１２６６．６３３７．３－１７１．６－１８１．７－１８６．３－２６５．２４．６３６３㊀㊀可见在０．４g 地震动强度下,强制反应位移法的精度非常依赖于静力模型的侧边界选取,当侧边距取为３倍以上结构宽度时,弯矩与剪力的计算误差会越来越大,而因为土体阻尼的原因,变形的计算则是侧边距越小,计算误差越小.反应加速度法则是随着模型侧边距的增大,各项数据的计算误差都在减小,但是变化幅度很小.２．２．２㊀不同地震强度结果分析从上面可知强制反应位移法最好选取两倍结构宽度作为侧边距,而反应加速度法对于侧边距的选取不敏感,便统一采用两倍侧边界的静力模型.为了反映震动强度对两种方法计算精度的影响,分别采用０．１g ㊁０．２g 和０．４g 的地震波进行计算.弯矩㊁剪力计算结果见表３.表３㊀不同工况的弯矩及剪力计算结果T a b l e ３㊀B e n d i n g mo m e n t a n d s h e a r f o r c e o f s t r u c t u r e u n d e r d i f f e r e n t c o n d i t i o n 侧边距(D /W )使用方法弯矩/(k N m )截面A 截面B 截面C 截面D 误差/％剪力/k N 截面A截面B 截面C 截面D误差/％动力分析－２５６．０－２５６．０－２３１．１－３４４．７３５．４３－４２．９－４５．５－１２６．６－１９３．７０．１g 强制反应位移法－１５６．３－１５６．３－１７５．９－２５０．５７．２５－５０．９－５０．９－１２６．３－１９７．３６．８７反应加速度法－１７８．３－１７８．３－１９６．２－２９１．９４．６１－４１．０－４１．０－１２４．３－１９０．１３．１５动力分析－１６４．０－１６４．０－１８０．７－２５５．５４．０４－８５．９－９０．９－１４６．５－２１７．５０．２g 强制反应位移法－１０６．９－１０６．９－１６５．１－２４５．３２４．５４－１００．３－１００．３－１４６．８－２２６．４７．２２反应加速度法－１６７．２－１６７．２－１８２．７－２５８．０２．６４－８２．０－８２．０－１４３．１－２１１．９３．５６动力分析－５６．４－５６．４－１４０．０－２１３．２４５．９９－１７１．６－１８１．７－１８６．３－２６５．２０．４g强制反应位移法－１６８．３－１６８．３－１８３．０－２５８．５２．２２－１７８．３－１７８．３－１９６．２－２９１．９４．６１反应加速度法－１７１．６－１８１．７－１８６．３－２６５．２－１６４．０－１６４．０－１８０．７－２５５．５４．０５㊀㊀可见在面对不同强度地震波的时候,两种方法计算得到的内力数值相当.误差都处于一个比较小的量级,即计算结果比较精确,设计人员在设计阶段可以以这两种方法的计算结果作为参考.３㊀两种简化分析方法的特点分析强制反应位移法和反应加速度法的相同点在于都能够自动考虑土－结构相互作用,简化了地基弹簧刚度系数的取值这一难题,使得计算效率大大提高,而且在不同工况下都能得到令人满意的精度.但是这两种简化方法都需要进行自由场动力时程分析,从而获取地层位移或者地层加速度作为静力计算的地震作用.强制反应位移法和反应加速度法的不同点在于对于静力模型侧边界的选取,反应加速度法适应性比较广,对于不同的侧边距都能得到很好的计算精度,计算精度随着侧边距的增加会有略微的提高;但是对于强制反应位移法来说,侧边界的选取对于计算精度有重大影响,侧边距过大会导致结构响应偏小,侧边距过小会导致结构响应偏大,从计算结果来看建议采用两倍结构宽度作为侧边距.对于结构变形,由于强制反应位移法直接以位移作为施加荷载的方式,土体阻尼的存在让变形计算变得不够准确,这方面的研究还有待加强.１７９第４２卷第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀徐琨鹏,等:地下结构强制反应位移法和反应加速度法的对比分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀４㊀结论(１)强制反应位移法和反应加速度法计算得到的横断面在地震作用下的弯矩㊁剪力数值接近㊁规律一致,在不同强度地震作用下都能获得很好的计算精度.(２)强制反应位移法和反应加速度法都省略了地基弹簧刚度系数的取值,同时还更加真实地反映了土Ｇ结构间的协调作用,且使用更加简便.(３)模拟地震等效荷载的土层位移和土层加速度具有较好的计算精度,而且便于施加.(４)具体在使用的时候,强制反应位移法的侧边距应该取为结构宽度的两倍;反应加速度法则建议取为结构宽度的３倍及以上.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]㊀陈晓强,钱七虎．我国城市地下空间综合管理的探讨[J]．地下空间与工程学报,２０１０,６(４):６６６Ｇ６７１．C H E N X i a o q i a n g,Q I A N Q i h u．S t u d y o nt h e I n t e g r a t e d M a nＧa g e m e n to f U rb a n U n d e r g r o u n dS p ac ei n C h i n a[J]．C h i n e s eJ o u r n a l o fU n d e r g r o u n dS p a c ea n dE n g i n e e r i n g,２０１０,６(４):６６６Ｇ６７１．[２]㊀I I D A H,H I R O T O T,Y O S H I D A N,e ta l．D a m a g et oD a i k a i S u b w a y S t a t i o n[J]．S o i l sa n dF o u n d a t i o n s,１９９６,３６(S p e c i a l):２８３Ｇ３００．[３]㊀林皋．地下结构抗震分析综述(上)[J]．世界地震工程,１９９０,６(２):１Ｇ１０．L I N G a o．O v e r v i e wo fA n t iＧs e i s m i cA n a l y s i s f o rU n d e r g r o u n dS t r u c t u r e s(Ⅰ)．W o r l dI n f o r m a t i o no nE a r t h q u a k eE n g i n e e rＧi n g,１９９０,６(２):１Ｇ１０．[４]㊀林皋．地下结构抗震分析综述(下)[J]．世界地震工程,１９９０,６(３):１Ｇ１０,４２．L I N G a o．O v e r v i e wo fA n t iＧs e i s m i cA n a l y s i s f o rU n d e r g r o u n d S t r u c t u r e s(Ⅱ)．W o r l dI n f o r m a t i o no nE a r t h q u a k eE n g i n e e rＧi n g,１９９０,６(２):１Ｇ１０,４２．[５]㊀T A T E I S H IA．A S t u d y o nS e i s m i c A n a l y s i s M e t h o d s i nt h eC r o s sS e c t i o no fU n d e r g r o u n dS t r u c t u r e s U s i n g S t a t i cF i n i t eE l e m e n tM e t h o d[J]．S t r u c t u r a lE n g i n e e r i n g,２００５,２２(１):４１sＧ５４s．[６]㊀刘晶波,刘祥庆,李彬．地下结构抗震分析与设计的P u s h o v e r 分析方法[J]．土木工程学报,２００８,４１(４):７３Ｇ８０．L I U J i n g b o,L I U X i a n g q i n g,L I B i n．A P u s h o v e r A n a l y s i s M e t h o d f o r S e i s m i cA n a l y s i s a n dD e s i g n o fU n d e r g r o u n d S t r u cＧt u r e s[J]．C h i n aC i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n a l,２００８,４１(４):７３Ｇ８０．[７]㊀刘晶波,王文晖,赵冬冬,等．地下结构抗震分析的整体式反应位移法[J]．岩石力学与工程学报,２０１３,３２(８):１６１８Ｇ１６２４．L I UJ i n g b o,WA N G W e n h u i,Z HA O D o n g d o n g,e t a l．I n t e g r a l R e s p o n s eD e f o r m a t i o n M e t h o d f o r S e i s m i cA n a l y s i s o fU n d e rＧg r o u n dS t r u c t u r e[J]．C h i n e s eJ o u r n a lo fR o c k M e c h a n i c sa n dE n g i n e e r i n g,２０１３,３２(８):１６１８Ｇ１６２４．[８]㊀地下铁道建筑结构抗震设计规范:D G/T J０８Ｇ２００８[S]．上海:上海市建筑建材业市场管理总站,２００９C o d e f o r S e i s m i cD e s i g n o f S u b w a y S t r u c t u r e s:D G/T J０８Ｇ２００８[S]．S h a n g h a i:S h a n g h a iG e n e r a lA d m i n i s t r a t i o no fM a r k e t f o rC o n s t r u c t i o na n dC o n s t r u c t i o n M a t e r i a l s．[９]㊀城市轨道交通结构抗震设计规范:G B５０９０９Ｇ２０１４[S]．北京:中国计划出版社,２０１４．C o d e f o r S e i s m i cD e s i g no fU r b a nR a i lT r a n s i tS t r u c t u r e s:G B５０９０９Ｇ２０１４[S]．B e i j i n g:C h i n aP l a n n i n g P r e s s,２０１４．２７９㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年。
浅埋地下结构地震反应分析及设计方法研究
浅埋地下结构地震反应分析及设计方法研究1. 本文概述在地震工程领域，地下结构的地震反应分析及设计方法是确保其在地震作用下安全性的关键技术之一。
本文旨在综合分析浅埋地下结构在地震作用下的动态响应特性，探讨其与地震波传播特性的相互作用，并提出相应的设计方法以提高结构的抗震性能。
本文将回顾地下结构地震反应分析的理论基础，包括地震动力学原理、地下结构的动力特性及其与地震波传播的相互作用机制。
在此基础上，将介绍当前主流的地震反应分析方法，如有限元分析、波动方程分析等，并对比其在浅埋地下结构分析中的适用性和准确性。
随后，本文将重点研究浅埋地下结构在不同地震作用下的响应特性，包括结构的变形、应力分布以及潜在的破坏模式。
通过案例分析和数值模拟，本文旨在揭示不同地质条件、结构类型和设计参数对地震反应的影响。
本文将提出一系列设计方法和建议，旨在优化地下结构的抗震设计。
这包括基于性能的设计方法、地震风险评估以及结构健康监测技术的集成。
通过这些方法，旨在为工程师提供一套全面的指导，以实现地下结构在地震作用下的安全可靠。
本文的研究不仅有助于推动地震工程领域的理论发展，而且对于提高我国地下结构抗震设计水平，保障人民生命财产安全具有重要的现实意义。
1.1 研究背景与意义随着全球城市化进程的加速，地下空间作为缓解地面空间紧张、提高土地利用效率的有效途径，其开发和利用越来越受到重视。
浅埋地下结构，如地铁隧道、地下停车场、地下商业区等，在各大城市中日益普及。
这些结构在地震作用下的安全性成为工程界和学术界关注的焦点。
地震作为一种突发性自然灾害，具有极大的破坏力，对地下结构的稳定性构成严重威胁。
研究浅埋地下结构在地震作用下的反应特性和设计方法，对于确保城市基础设施的安全运行、减少地震灾害损失具有重要意义。
本研究旨在深入分析浅埋地下结构在地震作用下的动力响应规律，探索适用于此类结构的设计方法。
通过对现有研究成果的综合分析，结合理论推导和数值模拟，本研究将揭示地下结构在地震波传播过程中的力学行为，以及周围土体与结构相互作用的影响。
反应位移法分析地下结构抗震问题的基本流程
反应位移法分析地下结构抗震问题的基本流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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基于反应位移法地下综合管廊抗震性能分析
基于反应位移法地下综合管廊抗震性能分析聂俊（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉 430060）摘要：随着地下综合管廊建设的大力推广，地下综合管廊的抗震设计也越来越重视。
本文对江苏徐州地区某地下综合管廊采用反应位移法进行地震反应分析。
根据考虑地震作用和不考虑地震作用两种工况下的弯矩值及轴力值的变化得出，管廊侧壁底部及底板跨中部位在考虑地震作用时弯矩增大较明显，其余位置考虑地震作用时弯矩均减小。
当覆盖层厚度一定时，基床系数在一定范围变化对管廊地震作用下的弯矩变化影响较小。
关键词：反应位移法；综合管廊；有限元分析；地震作用中图分类号：TU471 文献标识码：A 文章编号：2097-3519（2024）02-0051-05DOI: 10.16403/ki.ggjs20240211Analysis of Seismic Performance of Underground Comprehensive Pipe GalleryBased on Response Displacement MethodNie Jun( CCCC Second Harbor Consultants Co., Ltd., Wuhan Hubei 430060, China )Abstract: More and more attention has been paid to the seismic design of underground comprehensive pipe gallery with the popularization of the construction of underground comprehensive pipe gallery. Seismic response analysis has been carried out for an underground comprehensive pipe gallery in Xuzhou, Jiangsu Province by using the response displacement method. Based on the change in bending moment and axial force subject to seismic action or not, significant increase of bending moment can be found at the bottom of side wall and the mid-span of bottom slab of the pipe gallery by considering seismic action, however, decreased bending moment occurs at other locations under seismic action. The change in subgrade coefficient within a certain range has little effect on the change in bending moment of pipe gallery under seismic action subject to a constant thickness of overburden.Key words: reaction displacement method; comprehensive pipe gallery; finite element analysis; earthquake action引言城市地下综合管廊作为一种特殊的地下结构，由于其在抗震救灾中的重要性，在设计时应进行重点进行抗震设计。
隧道纵向地震反应分析的反应位移法对比
隧道纵向地震反应分析的反应位移法对比刘晶波; 王东洋; 谭辉; 宝鑫【期刊名称】《《振动与冲击》》【年(卷),期】2019(038)021【总页数】9页(P104-111,132)【关键词】隧道结构; 纵向地震反应; 反应位移法; 整体式反应位移法; 非一致地震动输入【作者】刘晶波; 王东洋; 谭辉; 宝鑫【作者单位】清华大学土木工程系北京100084【正文语种】中文【中图分类】TU91反应位移法是研究地下结构横向抗震反应分析的一种拟静力方法，具有计算模型简单、精度较高、实施步骤明确等优点，已被编入我国多部规范中[1-3]，是我国地下结构抗震领域广泛采用的设计方法。
近年来，实用性较高的反应位移法在地下隧道结构纵向地震反应分析中也有应用[4-6]，并被《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909—2014)所采用(以下简称“规范”)。
规范纵向反应位移法沿用了经典反应位移法的基本思想，认为地下结构在地震作用下的反应主要取决于周围土体的运动[7]，通过建立地基弹簧来模拟周围土体对结构的约束作用：将隧道结构简化为梁单元、周围地基土简化为支撑结构的地基弹簧，把沿隧道纵向轴线分布的土层位移作为等效地震作用施加于地基弹簧的非结构连接端，完成静力计算以获得隧道结构的地震反应。
尽管经典反应位移法具有较为严谨的理论基础，但已有研究表明该方法在计算地下结构横向地震反应时有时存在较大误差[8-10]，主要原因是经典反应位移法计算模型中地基弹簧刚度系数不易确定，离散的地基弹簧无法反映地基土层自身相互作用。
因此，同样采用地下结构-地基弹簧计算模型的纵向反应位移法也可能存在相同的问题。
针对非一致地震动输入下隧道等长线型地下结构的抗震问题，文献[11]提出了适用于隧道结构纵向地震反应分析的整体式反应位移法，结合动力时程法验证了纵向整体式反应位移法具有良好的计算精度，并且可以简便的判读隧道结构纵向地震反应的最不利时刻。
本文以北京某地铁区间盾构隧道结构为对象，采用规范纵向反应位移法和文献[11]提出的纵向整体式反应位移法进行SH地震波斜入射时隧道结构的地震反应分析，并与动力时程法计算结果进行对比，以比较两种拟静力方法的计算精度和适用性。
地下结构抗震分析反应谱法与现有简化方法对比
第49卷第6期2021年6月同济大学学报（自然科学版）JOURNAL OF TONGJI UNIVERSITY（NATURAL SCIENCE）Vol.49No.6Jun.2021论文拓展介绍地下结构抗震分析反应谱法与现有简化方法对比赵密1，李苗1，昝子卉2，高志懂1，杜修力1，王君杰3（1.北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京100124；2.广州地铁设计研究院股份有限公司，广东广州510000；3.同济大学土木工程学院，上海200092）摘要：对比地下结构抗震分析的反应谱法与规范建议的简化分析方法即反应位移法和反应加速度法的计算精度。
在简介3种方法的基础上，以3个地铁车站二维横断面抗震分析为例，以动力时程分析结果为参考标准，比较3类抗震分析方法的计算精度。
研究表明，反应谱法计算地下结构变形及内力的误差为0.1%~14%，反应加速度法的误差为0.2%~ 26%，反应位移法的误差为9%~44%，反应谱法的计算精度高于反应加速度法和反应位移法。
关键词：地下结构抗震；简化分析方法；反应谱法；反应位移法；反应加速度法中图分类号：TU452文献标志码：A Comparison of Response Spectrum Method with Existing Simplified Method for Seismic Analysis of Underground structureZHAO Mi1，LI Miao1，ZAN Zihui2，GAO Zhidong1，DU Xiuli1，WANG Junjie3（1.Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering of the Ministry of Education，Beijing University of Technology，Beijing100124，China；2.Guangzhou Metro Design and Research Institute Co.，Ltd.，Guangzhou510000，China；3.College of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai200092，China）Abstract：This paper compares the response spectrum method for seismic analysis of underground structures with the simplified analysis method（such as the response displacement method and the response acceleration method）suggested by the seismic code.First，the response spectrum method，the response displacement method，and the response acceleration method are briefly introduced. Then，taking the two-dimensional cross-sectional seismic analysis of three subway stations as an example，the accuracy of the three analysis methods is compared.The results obtained from the dynamic time-history analysis is used as the reference solution.The results show that the error of the response spectrum method is0.1%to14%，that of the response acceleration method is0.2%to26%，and that of the response displacement method is9%to44%.The accuracy of the response spectrum method is higher than both that of the response acceleration method and the response displacement method.Key words：seismic resistance of underground structure；simplified analysis method；response spectrum method；response displacement method；response acceleration method由于地下结构受到周围土体的约束，初期人们认为地下结构地震安全性远高于地上结构，地下结构抗震问题没有引起人们的重视。
地下结构抗震简化分析方法发展及应用孙静
地下结构抗震简化分析方法发展及应用孙静发布时间：2021-09-01T09:16:36.055Z 来源：《防护工程》2021年15期作者：孙静邢世杰[导读] 文中分析了地下结构抗震简化分析方法研究的现状，阐述了地下结构抗震减化分析方法的应用。
孙静邢世杰四川铁盛工程勘察设计有限公司天津分公司四川成都 300143摘要：文中分析了地下结构抗震简化分析方法研究的现状，阐述了地下结构抗震减化分析方法的应用。
关键词：地下结构；抗震技术；应用方法引言长久以来，人们普遍认为由于周边土体约束效应和地震动沿深度的衰减特征，地下结构具有良好的抗震性能，因此对其抗震安全性缺乏足够的重视，研究工作很少。
1995年日本阪神地震中出现了大规模地下结构震害现象，特别是Daikai车站发生了塌毁震害，地下工程抗震问题才引起工程界和学术界的广泛关注。
物理模型试验是研究地下结构抗震问题中有效且直观的手段，地下结构抗震试验常用的方法有普通振动台试验、离心机振动台试验[5?7]及拟静力试验。
在构件及结构的拟静力试验中，地震荷载是通过对构件或结构施加强制水平位移实现的，通常无法反映土-结构相互作用。
土-地下结构体系拟静力试验中，地震荷载是通过对土-结构体系侧边界施加特定分布的强制水平位移实现的，此类试验几何缩尺比较大且土体应力水平可控，可近似还原真实土体应力状态及可反映土-结构相互作用，可用于地下结构的抗震性能研究，特别是对结构细部构造要求较高的地下结构抗震试验较为适用。
1相关地下结构抗震简化分析方法地下结构抗震常用简化分析方法中水平地震作用大多采用力或加速度方式加载，采用位移方式加载的简化分析方法相对较少，仅有强制反应位移法、整体强制反应位移法等。
强制反应位移法首先计算地震作用下自由场位移，随后将上一步计算的自由场位移施加在土-结构拟静力计算模型侧边界处，认为此时拟静力模型中结构反应即为其地震响应。
但该方法计算结果误差较大，是由于其施加的自由场变形只能在拟静力模型侧边界及附近土体范围内被准确传递，到土体中部位置时，变形衰减较大，Tateishi研究表明该方法在边界处施加的位移传递到模型中部时，应变已衰减20%~50%，并提出修正的强制反应位移法，将自由场一维地震反应计算得到的地层应变换算成等效节点荷载，随后将该等效荷载施加到土-结构整体模型上，提高了强制反应位移法的精度，但该方法中水平地震作用采用力的方式加载，本质上与反应加速度法一致。
地下结构抗震设计反应位移法的研究综述
地下结构抗震设计反应位移法的研究综述
石卫;王瑞;王启耀
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2024(24)1
【摘要】近年来,反应位移法在地下结构抗震分析中的应用渐趋广泛。
简要介绍了反应位移法的基本原理和应用现状,从地层变形、地基弹簧和结构模型等关键因素的角度详细总结了反应位移法的发展过程和最新研究进展,厘清了方法的完善思路,指出地层-结构相互作用是影响计算精度的重要误差来源。
此外,在上述基础上论述了当前反应位移法应用过程中存在的突出问题,提出了反应位移法在进一步拓展应用场景、提升结果代表性过程中需要深入研究的关键问题。
【总页数】11页(P61-71)
【作者】石卫;王瑞;王启耀
【作者单位】陕西省城市地质与地下空间工程技术研究中心;长安大学建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU311
【相关文献】
1.基于土层位移差的地下结构抗震反应位移法分析
2.浅埋地下结构抗震设计的反应位移法关键问题
3.地下结构抗震设计方法整体强制反应位移法
4.含软弱夹层场地
中地下结构抗震分析的反应位移法误差分析5.整体式反应位移法在地下结构抗震设计中的应用
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