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摘要：随着我国城市化进程的加快，各大城市地下空間结构建设如火如荼，地下结构的抗震设计以及影响地震安全性的因素考量也变得愈发重要。但关于地下结构的抗震研究，目前仍处在研究阶段，对影响抗震的因素等方面的研究尚未成体系。
关键词：地下结构；地铁站；地址；分析
一、引言
当前我国已经有多个城市拥有地铁设施，仍然有大量城市在建设之中，常州、长沙、南昌、济南、厦门等城市已经建成并投入使用。我国地铁的建设已经进入繁荣期。但我国近年强震频发，地球板壳运动的活跃，使本就位于位于地中海南亚地震带与环太平洋地震带上的我国承受着地震所带来的巨大风险。与地上结构不同的是，地铁结构有关地震灾害的可研究资料有限。人们普遍认为地铁结构在地震灾害中所承担的荷载远小于地上建筑，对地下结构的抗震研究也不够重视。但在1995年，日本阪神地震中，神户地铁车站及隧道发生了十分严重的破坏，这使得人们才重新重视地铁结构的抗震设计。
目前我国无论在试验还是理论上对地下结构抗震问题的研究均较为落后，针对地下结构的抗震设计规范仍然停留在使用惯性荷载法计算地下结构地震响应的阶段。对地下结构抗震设计的条款也只有比较简单的描述，缺乏系统性和理论性的规定，也缺乏具体计算原则和施工措施。这些事实都表明，如何有效的提高地下结构的抗震性能，研究出针对地下结构的抗震设计普遍适用的理论体系，已经成为了一个目前急需解决的问题。
二、地铁车站在地震作用下的响应特点
近些年的几次大地震中，地下结构都有明显的破坏，这也对地下结构的抗震设计提出了更高的要求。1995年日本阪神地震中，大开地铁车站受到的破坏尤为严重。侧式站台的中柱在地震中几乎全部发生剪压破坏并发生坍塌，顶板的两端采用刚性节点，由于中柱坍塌使得顶板在中柱左右两侧的位置发生折弯，进而引起上覆土的下沉以及顶板塌陷，上覆土甚至能达到2.5m的沉降量。除此之外地震还引起加掖混凝土开裂和剥落，边墙的根部和顶部都出现了十分严重的裂缝，侧墙例的混凝土开裂并脱落、主筋发生弯曲现象，并向外鼓出，侧墙开裂也导致地下水浸入。底板与边墙根部、中柱下部相连接部位都出现十分明显的裂缝。近些年的地下结构震害记录表明，结构破坏主要体现为：箱型结构顶板与中柱相连接位置发生剪切破坏，中柱从顶板贯穿。侧墙出现裂纹，严重的会发生箍筋接头破坏，主筋外凸。中柱发生较为严重的破坏，甚至发生倒塌。
对于延伸范围更广、地质条件更加复杂的隧道，其震害破坏形式与地铁车站等地下结构的震害破坏形式又有诸多不同，主要表现为：（1）衬砌的剪切位移破坏，此破坏形式多发生于隧道穿过地质条件变化较大的区域，地震引起隧道发生严重剪切破坏；（2）衬砌结构的开裂破坏，多发生于结构断面或刚度发生明显变化的位置；（3）浅埋隧道结构遭受地震时，多发生隧道中柱的剪切破坏。
三、地下结构抗震研究方法
地下结构抗震的研究方法主要分为原型观测法、模型试验法和理论分析法三类。
（一）原型观测法
原型观测是通过实测地震作用下地下结构的动力特征，以及观测地下结构在震后的变形破坏特征来了解其结构在地震作用下的响应特征。一般来说，地震过程是一个土和地下结构的场变形过程。这是模型试验法无法模拟的，因此关于地下结构震害研究方法最直观、最真实的就是原型试验法。现场测试和震后灾害调查是原型观测法的主要形式。震害是最真实的“试验”的结果，在地震发生以后，由于原型观测法受到观测条件和时间的限制，研究人员很难进行地震动力响应测量，且无法改变客观存在的条件，因此迫不得已采取实地测试这个方法，它可以弥补这一方法的不足。
（二）模型试验法
模型试验主要分为两种试验方法，即人工震源试验和振动台模型试验，它们是采用地震激震试验来研究地下结构的响应特性的方法。严格来讲，人工震源试验法无法模拟土体和结构的非线性结构的性质。此外，人工震源试验的结果无法真实反映地基的断裂对地下结构带来的影响。因此，人工震源试验法通常不被采用。但是振动台模型试验法在处理这两个方面有较大的优势，因此被科研工作者大量使用。利用振动台模型试验的研究，能够更加全面的了解地下结构的抗震性能，从而为理论分析提供依据。而对于振动模型试验法则需要进一步研究地震特性以及试验地点对其试验结果的影响。
（三）理论分析法
目前，常采用的理论分析方法有：BART法、反应位移法、地震系数法、等效静力法和动力时程分析法。其中时程分析法是20世纪中叶发展的新型抗震分析法，在最初被应用于高层或者超高层一类具有相当计算难度与施工难度的复杂建筑之中。到20世纪80年代，时程分析法已经成为大多数国家对于复杂建筑进行分析所必须采用的方法之一。时程分析法也可以称为逐步积分法，抗震设计中也称“动态设计法”。基本原理是对整体结构建立刚度矩阵，并根据结构的动力特性方程输入地震波作为外荷载，并对矩阵方程进行积分求解，从而得到整个结构在地震作用下的地震响应。时程分析法在计算过程中要三个必要因素：地震波时长、地震波振幅以及地震波的频谱，这与其他抗震设计方法相比，更加合理符合实际，也更加精确可靠。时程分析法作为结构抗震设计方法，已经被越来越多的工程师所认可，得到了十分广泛的应用。
时程分析法有如下优点：
1通过矩阵求解，时程分析法可以很容易计算出结构在各个时刻的内力、变形、应力等，具有高效性。
2在强震作用下，结构处于弹塑性阶段，可以通过计算进行分析整体结构的薄弱位置，进而对结构进行优化处理。
3时程分析法可以对反应谱法的计算结构进行校正，对结构内力、位移等的误差进行计算。
四、结语
对于地下结构的抗震性能，目前尚未有对于地下结构动力计算的专门研究。现在虽然已经存在地下结构抗震分析的框架体系，但地下结构抗震分析十分复杂，对于工程人员而言，这种复杂的方法时间过长而且实用性不强。同时当前的规范不能体现各个城市地区的地震波动特性与地质特性。所以，现在地下结构的抗震研究对于一种具有普适性的抗震方法十分迫切。因此对车站结构建立整体模型并考虑不同的影响因素，并对地下结构施加响应的地震作用，得到响应的内力、位移信息。对这些信息进行整合处理，找到具有普遍性规律，从而改进当前的抗震设计方法具有十分特殊的意义。
参考文献：
[1]李猛.基于时程分析的某地铁车站抗震分析[D].石家庄：石家庄铁道学院，2015.
[2]孟宪春.多层地铁车站振动台试验与数值模拟[D].哈尔滨：中国地震局工程力学研究所，2011.
[3]赵密.粘弹性人工边界及其与透射人工边界的比较研究[D].北京：北京工业大学，2004.
（作者单位：沈阳建筑大学）
关键词：地下结构；地铁站；地址；分析
一、引言
当前我国已经有多个城市拥有地铁设施，仍然有大量城市在建设之中，常州、长沙、南昌、济南、厦门等城市已经建成并投入使用。我国地铁的建设已经进入繁荣期。但我国近年强震频发，地球板壳运动的活跃，使本就位于位于地中海南亚地震带与环太平洋地震带上的我国承受着地震所带来的巨大风险。与地上结构不同的是，地铁结构有关地震灾害的可研究资料有限。人们普遍认为地铁结构在地震灾害中所承担的荷载远小于地上建筑，对地下结构的抗震研究也不够重视。但在1995年，日本阪神地震中，神户地铁车站及隧道发生了十分严重的破坏，这使得人们才重新重视地铁结构的抗震设计。
目前我国无论在试验还是理论上对地下结构抗震问题的研究均较为落后，针对地下结构的抗震设计规范仍然停留在使用惯性荷载法计算地下结构地震响应的阶段。对地下结构抗震设计的条款也只有比较简单的描述，缺乏系统性和理论性的规定，也缺乏具体计算原则和施工措施。这些事实都表明，如何有效的提高地下结构的抗震性能，研究出针对地下结构的抗震设计普遍适用的理论体系，已经成为了一个目前急需解决的问题。
二、地铁车站在地震作用下的响应特点
近些年的几次大地震中，地下结构都有明显的破坏，这也对地下结构的抗震设计提出了更高的要求。1995年日本阪神地震中，大开地铁车站受到的破坏尤为严重。侧式站台的中柱在地震中几乎全部发生剪压破坏并发生坍塌，顶板的两端采用刚性节点，由于中柱坍塌使得顶板在中柱左右两侧的位置发生折弯，进而引起上覆土的下沉以及顶板塌陷，上覆土甚至能达到2.5m的沉降量。除此之外地震还引起加掖混凝土开裂和剥落，边墙的根部和顶部都出现了十分严重的裂缝，侧墙例的混凝土开裂并脱落、主筋发生弯曲现象，并向外鼓出，侧墙开裂也导致地下水浸入。底板与边墙根部、中柱下部相连接部位都出现十分明显的裂缝。近些年的地下结构震害记录表明，结构破坏主要体现为：箱型结构顶板与中柱相连接位置发生剪切破坏，中柱从顶板贯穿。侧墙出现裂纹，严重的会发生箍筋接头破坏，主筋外凸。中柱发生较为严重的破坏，甚至发生倒塌。
对于延伸范围更广、地质条件更加复杂的隧道，其震害破坏形式与地铁车站等地下结构的震害破坏形式又有诸多不同，主要表现为：（1）衬砌的剪切位移破坏，此破坏形式多发生于隧道穿过地质条件变化较大的区域，地震引起隧道发生严重剪切破坏；（2）衬砌结构的开裂破坏，多发生于结构断面或刚度发生明显变化的位置；（3）浅埋隧道结构遭受地震时，多发生隧道中柱的剪切破坏。
三、地下结构抗震研究方法
地下结构抗震的研究方法主要分为原型观测法、模型试验法和理论分析法三类。
（一）原型观测法
原型观测是通过实测地震作用下地下结构的动力特征，以及观测地下结构在震后的变形破坏特征来了解其结构在地震作用下的响应特征。一般来说，地震过程是一个土和地下结构的场变形过程。这是模型试验法无法模拟的，因此关于地下结构震害研究方法最直观、最真实的就是原型试验法。现场测试和震后灾害调查是原型观测法的主要形式。震害是最真实的“试验”的结果，在地震发生以后，由于原型观测法受到观测条件和时间的限制，研究人员很难进行地震动力响应测量，且无法改变客观存在的条件，因此迫不得已采取实地测试这个方法，它可以弥补这一方法的不足。
（二）模型试验法
模型试验主要分为两种试验方法，即人工震源试验和振动台模型试验，它们是采用地震激震试验来研究地下结构的响应特性的方法。严格来讲，人工震源试验法无法模拟土体和结构的非线性结构的性质。此外，人工震源试验的结果无法真实反映地基的断裂对地下结构带来的影响。因此，人工震源试验法通常不被采用。但是振动台模型试验法在处理这两个方面有较大的优势，因此被科研工作者大量使用。利用振动台模型试验的研究，能够更加全面的了解地下结构的抗震性能，从而为理论分析提供依据。而对于振动模型试验法则需要进一步研究地震特性以及试验地点对其试验结果的影响。
（三）理论分析法
目前，常采用的理论分析方法有：BART法、反应位移法、地震系数法、等效静力法和动力时程分析法。其中时程分析法是20世纪中叶发展的新型抗震分析法，在最初被应用于高层或者超高层一类具有相当计算难度与施工难度的复杂建筑之中。到20世纪80年代，时程分析法已经成为大多数国家对于复杂建筑进行分析所必须采用的方法之一。时程分析法也可以称为逐步积分法，抗震设计中也称“动态设计法”。基本原理是对整体结构建立刚度矩阵，并根据结构的动力特性方程输入地震波作为外荷载，并对矩阵方程进行积分求解，从而得到整个结构在地震作用下的地震响应。时程分析法在计算过程中要三个必要因素：地震波时长、地震波振幅以及地震波的频谱，这与其他抗震设计方法相比，更加合理符合实际，也更加精确可靠。时程分析法作为结构抗震设计方法，已经被越来越多的工程师所认可，得到了十分广泛的应用。
时程分析法有如下优点：
1通过矩阵求解，时程分析法可以很容易计算出结构在各个时刻的内力、变形、应力等，具有高效性。
2在强震作用下，结构处于弹塑性阶段，可以通过计算进行分析整体结构的薄弱位置，进而对结构进行优化处理。
3时程分析法可以对反应谱法的计算结构进行校正，对结构内力、位移等的误差进行计算。
四、结语
对于地下结构的抗震性能，目前尚未有对于地下结构动力计算的专门研究。现在虽然已经存在地下结构抗震分析的框架体系，但地下结构抗震分析十分复杂，对于工程人员而言，这种复杂的方法时间过长而且实用性不强。同时当前的规范不能体现各个城市地区的地震波动特性与地质特性。所以，现在地下结构的抗震研究对于一种具有普适性的抗震方法十分迫切。因此对车站结构建立整体模型并考虑不同的影响因素，并对地下结构施加响应的地震作用，得到响应的内力、位移信息。对这些信息进行整合处理，找到具有普遍性规律，从而改进当前的抗震设计方法具有十分特殊的意义。
参考文献：
[1]李猛.基于时程分析的某地铁车站抗震分析[D].石家庄：石家庄铁道学院，2015.
[2]孟宪春.多层地铁车站振动台试验与数值模拟[D].哈尔滨：中国地震局工程力学研究所，2011.
[3]赵密.粘弹性人工边界及其与透射人工边界的比较研究[D].北京：北京工业大学，2004.
（作者单位：沈阳建筑大学）