地铁车站抗震性能及相关问题研究

地铁车站抗震性能及相关问题研究

薛如程

青岛地铁集团有限公司运营分公司 山东 青岛 266000

摘要：我国核心城市人口随着高速的城市化进程的发展快速增加，大量的人口涌入和汽车普及给纾解交通带来了压力。因此安全、便捷、快速的地铁逐渐成为城市的主要运输方式之一，随着1863年伦敦开通世界上首座地铁，各个国家的地铁建设相继提上日程，截止2017年我国地铁运营里程已达3800多公里。值得关注的是，我国300多个城市中有一般位于7度及以上基本烈度，因此在合理评估地铁车站抗震性能、研究地震响应和制定抗震设计规范是十分有必要的。

关键词：地铁车站 抗震性能 问题研究

前言

与地上结构受地震的影响特征不同,土地对于地下结构的约束使其在地震时随土层运用,虽然在一定程度上减少了地震作用的影响,但并不意味着在地震作用下不发生损坏,比如日本阪神地震的大开站出现中柱破坏和严重的土体塌陷,地震作用的强大破坏力展现出地铁车站结构的不足。因此对于地铁车站的抗震研究和安全评价随着地铁车站的大量修建逐渐被人们所关注。

1.地震对于地铁车站的危害与研究现状

1.1地震对于地铁车站的危害

从各类地铁车站的破坏实例和有限元分析中得出,地铁车站的中柱破坏程度往往是最大的,中柱作为最容易受到破坏的结构构件,弯曲、剪切、弯曲剪切联合破坏是主要的破坏类型。弯曲破坏的主要原因是中柱的延性不够。剪切破坏主要是箍筋屈服后的混凝土表面剪切破坏。弯曲剪切联合破坏是因为结构抗弯刚度的下降导致裂缝的加深发展。日本的阪神7.2级地震造成多处地下铁路结构收到损坏,这一现象引起了专家学者的关注,中国的汶川地震致使很多公路地下结构被损毁。

1.2地铁车站抗震研究现状

国外学者对于地铁车站的抗震分析和动力响应特性有更深入的研究。美国在建设旧金山区捷运隧道后设立了抗震设计的标准,苏联通过塔尔干地铁线路的建设增大了抗震设计理论研究水平,日本阪神地震后修订的设计规划形成了新的成果。我国在地铁车站的不断建设中也取得了巨大突破和理论成果。夏明耀的静力法和林皋的波动解法和相互作用解法都是创新性的理论方法。需要注意到的是对于系统理论介绍和抗震设计方法和构造措施仍是比较薄弱的环节,因此针对性的抗震设计规范和理论研究是十分有必要的。

2.地铁车站结构地震反应动力分析

地下结构和土壤在强烈地震作用下呈现非线性和弹塑性的状态,滑移和非线性变形发生在地下结构与土壤衔接处。我国在钢筋混凝土非线性材料的特性研究比较成熟,非线性动态接触也在不断发展中得到长远进步,动力人工边界也能较好的模拟土壤和半无限土体的特性,在非线性的土壤问题上更是发展出几十种模型。

地震对于地铁车站结构的周围土体和结构破坏较为明显,尤其是在上覆土层的重力作用下对结构有着较为明显的破坏作用。土地的静力效应和土体的半无限性质模拟一直是重点,目前主要是通过设置和确定动静态的人工边界。完善地下结构静力分析及地震反应动力分析也是十分有必要的。

3.地铁车站抗震性能不足的分析

3.1设计施工中存在的问题

在地铁车站的施工过程中容易出现勘查工作不到位、不精确问题发生,由于地铁车站的工程量一般较大以及地铁运行平稳度的要求,周边环境或是设计上的缺陷都会导致抗震性能差的发生。其次,施工人员对于抗震设计结构设计和主要材料的选用不当,地铁车站结构设计的抗震等级未满足国家标准规范,无法有效应对规定震级以下的地震影响。关键节点区柱的钢筋和箍筋绑扎存在数量少、间距不满足要求的问题,未有效发挥结构的抗震承载能力。

3.2施工方法上存在的问题

地铁车站施工时不同土层应采取针对性的施工方法,施工方法应在深入勘探调查的基础上与土层地质相结合。因为地铁车站需要考虑到对地上构筑物和周围建筑的影响,需要选用专业素质和专业设备强的施工团队,在科学高效进行车站施工的同时注重引入先进机械设备和方法理论,在施工中应注重盾构机等机械设备的使用,保证地铁车站施工的数据精确性和结构的强度。同时应按符合国家标准的抗震规范进行施工,将高质量的地铁车站工程和抗震等级作为建设标准,地铁车站施工建设的过程中更要严把质量和材料关,严格按照设计要求进行关键结构和隐蔽工程的建设。

3.3理论和技术存在不足

目前地铁车站的结构抗震分析方法及原理研究仍存在不足,科学规范的抗震性能研究仍缺少一定的理论支撑。目前的地铁车站震害研究仍局限于足尺实验和构件试验等,在建设地铁车站的实际操作过程中如何应用仍存在不足。对地震作用原理的认识仍存在一些不足,从而在一定程度上制约了地铁车站的抗震效果,对于新理念、新技术的适应和突破仍是目前地铁车站研究建设中的瓶颈,科学化的分析模型和分析手段仍是目前较为缺乏的手段,只要不断的提高技术和理论水平才能不断的提高地铁车站的防震性能。在地铁车站立循例检查、维修保养中应加大新型检测设备的运用,对地铁车站抗震性能的薄弱点增加修护力度和频次。

4.增加地铁车站抗震性能的措施

4.1加大抗震研究投入力度

设计部门在地铁车站抗震性能的设计中应详细收集地质、方位等详细数据,在加大对城市轨道交通的研究力度的同时注重新设备、新技术和新理念的应用,结合地震检测部门数据严格按照法规规定的地铁车站抗震等级设防,在地铁车站的结构稳定性和抗震性能上增加研发投入力度。相关部门更应该会同高校和专家学者共同制定详细的法律规范,对地铁车站的抗震性能、评价指标和详细标准等具体规定。同时应该加大对地铁车站地震分析方法的投入,针对提出的分析模型和基础理论对如何改善抗震性能提出创造性措施。

4.2加大抗震性能理论研究

提高地铁车站的抗震性能就要从提高学科理论的方面着手,提高对地铁车站抗震能力和反映机理的研究观测,改善传统理论试验在实施过程中的局限性。原型观测是调查地铁车站地震响应的一种分析方法,通过现场试验的补充分析可以弥补相关数据的不足,应加大研究力度以提高原型观测的普适性。模型试验是模拟地震动数据来分析研究动力反映的试验,虽然有一些局限但仍是目前被普遍使用的一种方法,目前仍需加大对地铁车站模型试验的创新力度。理论分析是结合公式数值进行分析的一种方法,解析法和数值法等为地铁车站理论分析常用分析方法,应注重将理论分析同学科理论融合创新。

4.3提高人才和技术的培养

虽然目前我国的地铁在城市间快速延伸发展,但专业性和技术性强的地铁车站抗震人才仍是一大短板。鉴于地震发生具有规律和预警,对地铁车站的抗震研究一直被人们所忽视,目前的地铁车站抗震等级在设计中仍是满足相关规范即可,无法有效应对大型地震和不可抗力的影响,因此地铁车站中专业化的抗震人才培养和抗震设计是目前值得关注的地方。其次是专业化施工团队和技术团队的短缺,目前施工单位对于抗震设防等方面的人才培养仍有短板,在地铁车站抗震性能上针对性的施工技术仍存在不足。

结束语

综上所述,提高地铁车站的抗震性能对于提高抗震性能的研究具有现实意义。在深入了解到地震对于地铁车站的危害后加大地震反应动力分析水平,在不断对理论的突破中提高地铁车站的抗震性能,同时针对地铁车站的抗震性能在人才、技术和理论不足,增加对地铁车站相应问题的应对举措,同时注重对新技术、新材料和新理念的引入。相信在地铁车站的不断建设中对于抗震性能的研究一定能取得长足的发展。

参考文献：

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