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思想贯穿到选线、设计、施工、维修、改造的全过程.美国学者Schukla等人[25]在80年代初应用弹性地基梁原理,采用拟静力方法来考虑土体与结构的相互作用,建立了地下结构的数学模型,并用无量纲的参数将此计算结果绘成曲线图,简化了地下结构的抗震设计.St.John法[26]考虑了地震波与结构轴线的夹角不同对于结构产生的三种荷载:弯曲荷载、横向荷载、轴向荷载,引入了Peck教授提出的柔度比概念来确定土体与结构是否产生一致的运动.并对于这两种情况取弹性地基梁模型进行计算,从而得到结构的应力.80年代末90年初,J.P.Wolf和C.M.Song又提出了递推衍射法[27].其基本思想是:为了计算边界阻抗,将一无限域当作由无限个几何形状相同的单体域所组成,前者的边界阻抗可由后者的动力刚度矩阵运用一般的有限元列式,包括矩阵求逆以及与特征值相关的运算求得.在文[28]中,KojiUenishi等基于波在杆中传播的理论,给出竖向地震作用下地铁站中柱内力简化计算模型,能考虑地下结构上部荷载与结构的耦合地震反应,但没有考虑结构与土的相互作用.
在我国浅埋地下结构与应力波的相互作用研究是上世纪60年代从苏联引进的.自那时起钱七虎院士就开始了这方面的研究,继而在上世纪80年代,由他领导的研究小组完成了较为精密的研究工作,在应用上扩展到了多种常见的结构形式[29].我国的孙钧院士、林皋院士等也为土与结构的相互作用理论做出了杰出的工作[30-32].我国的其他学者也对于地下结构的抗震进行了卓有成效的工作[33-38].在文[37]中于翔以神户市地铁大开车站为研究对象,从自由场的地基土变形、地震荷载的输入峰值、地震波的选择、埋深和竖向地震荷载对破坏的影响等几个方面着手,运用动力有限元法、振动台模型实验和理论分析方法对地铁结构在地震荷载作用下的响应规律和可能会发生的破坏进行了研究,得到了初步的成果.在文[38]中,基于弹性地基梁理论建立地下结构纵向振动频响应方程,把地震看作随机过程,考虑其空间变化,研究了结构的平稳与非平稳振动.
综上所述,地铁结构的抗震取得了很大的成就,但是从波动理论来讲,考虑介质与结构的非线性特性、地面的影响、相邻结构的影响、波与结构的空间相互作用等还研究得不够.复杂结构理论方面对于结构在轴向载及剪切载共同作用下的破坏模式问题、结构与周围介质的非线性相互作用问题还需要澄清.地下结构抗震规范的制定也是一个迫切的任务.
4 结论
综上所述,可以得出下列结论:
1)现有的地震对于地下结构造成的破坏资料表明,在设计地下结构时必须认真考虑地震的作用由于对地下结构抗震的研究不足,我国还没有制定地下结构的抗震规范.这样在地下结构的设计与施工方面缺乏指导.规范制定势在必行.
2)地铁站作为重要的大截面建筑,最容易遭受破坏.因此需要对于地铁站钢筋混凝土结构,特别是中柱及顶板在水平荷载和垂直荷载共同作用下破坏机理的进行深入研究,确定截面应力、刚度与延性间的相互影响,为设计与施工提供指导.
3)地下结构抗震设计静力法没有考虑波动现象,可能会给出非常大的误差.但当处理软地基中的大截面大长度结构时,对于若干个配置接近的地下结构,以及距地面很近的地下结构,必须考虑波动效应.现有的波动力学方法大多取线弹性或粘弹性模型,而强震时地基及结构都表现出强的非线性,因此考虑地基及结构的非线性性质时波动力学是一个急待研究的课题.对于地震波长远大于地下结构的横截面尺寸的课题,需发展非线性拟静法.
4)对于不能化为平面课题的情况:地震波沿着结构轴线传播时的情况、在横截面变化时的情况、大断面地下结构(如地铁车站、地下停车场等结构)、隧道口的应力问题,用波动力学法确定地下结构的地震应力还没有得到很好的研究.对于这种课题应该发展解析法、实验和数值分析法.
所以地铁结构的抗震研究是一个迫切课题,其研究进展对于我国地铁等地下结构的安全具有重要意义. 上一页 [1] [2] [3]
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