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摘要：由于地下结构一直被认为有较好的抗震性能,所以对其抗震的理论研究较少,实际工程中采取的抗震措施仅仅停留在经验阶段。本文主要归纳总结了目前地下结构抗震措施和理论分析方法。
关键词：地下建筑结构、抗震、减震、措施
中图分类号： TU93文献标识码：A 文章编号
Abstract: due to the underground structure was thought to have a good aseismic performance, so the study of the theory of the seismic less, in practical engineering anti-seismic measures taken only stay in the experience stage. This paper mainly summarizes the current underground structure seismic measures and theoretical analysis method.
Keywords: underground architectural structure, seismic, shock absorption, the measures
地震對建筑物的影响有两个方面,即由于地震动使大地发生位移后,在建筑物上产生了附加的力和位移。无论是地上结构还是地下结构,要使地震对结构本身的使用功能影响最小,均需要从这两个方面来考虑采取具体的措施和方法。目前,对地上结构抗震的研究比较多,其理论也比较成熟,并在实际工程中得到大量应用,同时取得了丰富的成果。地下结构由于受到周围岩体或土体的约束,一直被认为具有良好的抗震性能(相对于地面结构而言),因而在很长时期内,对待地下结构的震害问题远不如地面结构那样受到重视,这就造成了对地下建筑结构抗震的研究相对较少。而在历次的大地震中,都有地下结构遭遇破坏的报道,并且震害往往不易发现和修复困难,所以其抗震理论需进一步研究和探讨。
一、地下结构抗震措施
在结构动力学的范畴里,“隔振”是指隔离振动,而“隔震”是指隔离地震。从以上定义可知,“隔震”是“隔振”的一个特定内容。“减振”控制是指对振动进行抑制,尽量减少有害的振动;“减震”控制是指对地震的振动进行抑制,尽量减少振动对建筑物的有害影响。这样就可以很容易地理解减震实际上属于隔振的范畴。隔振可以分成两类:一类是用隔振器将振动着的振源与地基隔开,以减少动力的传递;另一类是用隔振器将需要保护的设备与振动着的地基隔离开。前者称为主动隔振,后者称为被动隔振。在这里所指的地下结构减震主要是指被动隔振。在实际工程中,主要采用三种措施进行减震。
1.1加固围岩
通过对围岩进行注浆,使围岩刚度相对于衬砌刚度发生变化,从而使衬砌在地震中的响应减小,这是减震的主要途径之一。
1.2改变地下结构本身性能
该方法主要是通过改变地下结构刚度、质量、强度、阻尼等动力特性来减轻地震对地下结构的影响。这种方法主要有以下几种措施可以采纳。
(1)减轻地下结构的整体质量。
(2)利用柔性管片接头和采用钢筋混凝土材料等措施,增加地下结构的延性和阻尼。
(3)改善结构的形状,尽量使结构形状圆顺,避免尖角,或采用抗震缝、仰拱等构造措施。
(4)对地下结构的刚度进行调整。地下结构刚度的调整有两个方向:①增大结构的刚度,使结构相对于围岩来说成为刚性结构,当围岩变形后,结构能够完全抵抗围岩的变形;②减小结构的刚度,使结构的延性增大,在满足正常使用的情况下,结构能随着围岩的变形而变形。增加结构的刚度需要大量增加材料使用量才能满足要求,从而使该方法不经济。减小结构刚度,结构能随着围岩的变形而变形,但该方法要以牺牲结构正常使用的空间为代价。为了使结构的正常使用空间有保障,在进行地下结构设计时就要考虑预留出以后变形所需要的富裕空间,其经济合理性也要通过经济论证才能确定。
1.3设置减震系统
从广义上讲,这种减震技术属于结构控制技术的范畴。所谓的结构控制,即减震系统,就是对结构本体施加控制机构,由控制机构与结构共同承受地震作用,以协调和减轻结构的地震反应。结构控制可分为主动控制、被动控制、半主动控制和混合控制等几种。对于地面的高耸结构,结构控制已经得到了应用,尤其在多震的日本应用较多,并且取得了实际的效果。而在目前的地下结构工程中,结构控制几乎没有得到大范围的应用。单纯设置减震层的情况,只是在考虑爆炸冲击荷载的军事工程项目中得到了实际应用。
1.3.1军事工程的减震
由于军事工程的重要性,在战争中使军事工程成为最易受到攻击的目标。目前在工程中常用的减震措施有:①减震地板;②整体减震;③离壁式减震;④多级减震;⑤其它减震措施。
减震地板主要是在地板和结构之间架设减震器或铺设减震材料,当结构发生振动时,处于地板上的人员和设备不会有很大的危险。这种措施是防护结构内部最常用的减震结构形式,按照减震器与结构连接的部位不同,又可以把减震地板分为支撑式和悬挂式两种形式。支撑式减震地板是在地板和结构基础之间用减震器或减震材料连接起来的减震体系;悬挂式减震地板是用减震器把地板与结构顶部或侧面连接起来的减震体系。
在地下结构周围安装减震器或回填减震材料构成的减震系统称为整体减震。
离壁式减震是指结构与围岩完全隔离,只在拱脚处做一个支座的减震形式。
如果结构物既设置了减震地板又采取了整体减震措施,或还采取了其它的减震措施,称为多级减震。
1.3.2盾构隧道的减震
地下结构的地震减震研究最早始于盾构隧道减震。由于减震层吸收的是动应变,因此,减震层的材料必须具有一定的弹性,使其在地震中不被塑性化,以便在下次地震中仍可以继续发挥作用。考虑到施工后的地表下沉,减震层材料的泊松比要接近于0.5,或采用在隧道径向具有一定刚性的各向异性材料。减震材料可采用压注方式注入到衬砌与围岩之间的孔隙内,从而形成减震层。在隧道和竖井周围充填缓冲材料,可吸收破坏荷载引起的位移、变形,在第一和第二内衬之间注入加气砂浆作为缓冲材料,可以减小第二衬砌的震害。
1.3.3一般地下结构的减震
一般地下结构减震,是在保证其刚度的情况下,在地下结构与围岩之间设置减震装置,减震装置刚度可以进行调节,具有一定的阻尼。地震时,减震装置大量消耗地震能量,使地震传向地下结构的能量减小,从而使得地下结构的地震反应也大大减小。
目前,国内外现有的抗震设计规范关于地下结构的条文一般都十分简略,且存在不同程度的不足,难以适应地震区地下结构建设的发展。在我国地下结构建设规模不断扩大,大部分地区为地震设防区,目前又没有统一的地下结构抗震设计国家标准,对地下结构抗震的研究显得尤为必要。
参考文献:
[1]林皋.《地下结构抗震问题》.第四届全国地震工程会议论文,1994
[2]林皋.《地下结构的抗震设计》.土木工程学报,第29卷第1期,1996
关键词：地下建筑结构、抗震、减震、措施
中图分类号： TU93文献标识码：A 文章编号
Abstract: due to the underground structure was thought to have a good aseismic performance, so the study of the theory of the seismic less, in practical engineering anti-seismic measures taken only stay in the experience stage. This paper mainly summarizes the current underground structure seismic measures and theoretical analysis method.
Keywords: underground architectural structure, seismic, shock absorption, the measures
地震對建筑物的影响有两个方面,即由于地震动使大地发生位移后,在建筑物上产生了附加的力和位移。无论是地上结构还是地下结构,要使地震对结构本身的使用功能影响最小,均需要从这两个方面来考虑采取具体的措施和方法。目前,对地上结构抗震的研究比较多,其理论也比较成熟,并在实际工程中得到大量应用,同时取得了丰富的成果。地下结构由于受到周围岩体或土体的约束,一直被认为具有良好的抗震性能(相对于地面结构而言),因而在很长时期内,对待地下结构的震害问题远不如地面结构那样受到重视,这就造成了对地下建筑结构抗震的研究相对较少。而在历次的大地震中,都有地下结构遭遇破坏的报道,并且震害往往不易发现和修复困难,所以其抗震理论需进一步研究和探讨。
一、地下结构抗震措施
在结构动力学的范畴里,“隔振”是指隔离振动,而“隔震”是指隔离地震。从以上定义可知,“隔震”是“隔振”的一个特定内容。“减振”控制是指对振动进行抑制,尽量减少有害的振动;“减震”控制是指对地震的振动进行抑制,尽量减少振动对建筑物的有害影响。这样就可以很容易地理解减震实际上属于隔振的范畴。隔振可以分成两类:一类是用隔振器将振动着的振源与地基隔开,以减少动力的传递;另一类是用隔振器将需要保护的设备与振动着的地基隔离开。前者称为主动隔振,后者称为被动隔振。在这里所指的地下结构减震主要是指被动隔振。在实际工程中,主要采用三种措施进行减震。
1.1加固围岩
通过对围岩进行注浆,使围岩刚度相对于衬砌刚度发生变化,从而使衬砌在地震中的响应减小,这是减震的主要途径之一。
1.2改变地下结构本身性能
该方法主要是通过改变地下结构刚度、质量、强度、阻尼等动力特性来减轻地震对地下结构的影响。这种方法主要有以下几种措施可以采纳。
(1)减轻地下结构的整体质量。
(2)利用柔性管片接头和采用钢筋混凝土材料等措施,增加地下结构的延性和阻尼。
(3)改善结构的形状,尽量使结构形状圆顺,避免尖角,或采用抗震缝、仰拱等构造措施。
(4)对地下结构的刚度进行调整。地下结构刚度的调整有两个方向:①增大结构的刚度,使结构相对于围岩来说成为刚性结构,当围岩变形后,结构能够完全抵抗围岩的变形;②减小结构的刚度,使结构的延性增大,在满足正常使用的情况下,结构能随着围岩的变形而变形。增加结构的刚度需要大量增加材料使用量才能满足要求,从而使该方法不经济。减小结构刚度,结构能随着围岩的变形而变形,但该方法要以牺牲结构正常使用的空间为代价。为了使结构的正常使用空间有保障,在进行地下结构设计时就要考虑预留出以后变形所需要的富裕空间,其经济合理性也要通过经济论证才能确定。
1.3设置减震系统
从广义上讲,这种减震技术属于结构控制技术的范畴。所谓的结构控制,即减震系统,就是对结构本体施加控制机构,由控制机构与结构共同承受地震作用,以协调和减轻结构的地震反应。结构控制可分为主动控制、被动控制、半主动控制和混合控制等几种。对于地面的高耸结构,结构控制已经得到了应用,尤其在多震的日本应用较多,并且取得了实际的效果。而在目前的地下结构工程中,结构控制几乎没有得到大范围的应用。单纯设置减震层的情况,只是在考虑爆炸冲击荷载的军事工程项目中得到了实际应用。
1.3.1军事工程的减震
由于军事工程的重要性,在战争中使军事工程成为最易受到攻击的目标。目前在工程中常用的减震措施有:①减震地板;②整体减震;③离壁式减震;④多级减震;⑤其它减震措施。
减震地板主要是在地板和结构之间架设减震器或铺设减震材料,当结构发生振动时,处于地板上的人员和设备不会有很大的危险。这种措施是防护结构内部最常用的减震结构形式,按照减震器与结构连接的部位不同,又可以把减震地板分为支撑式和悬挂式两种形式。支撑式减震地板是在地板和结构基础之间用减震器或减震材料连接起来的减震体系;悬挂式减震地板是用减震器把地板与结构顶部或侧面连接起来的减震体系。
在地下结构周围安装减震器或回填减震材料构成的减震系统称为整体减震。
离壁式减震是指结构与围岩完全隔离,只在拱脚处做一个支座的减震形式。
如果结构物既设置了减震地板又采取了整体减震措施,或还采取了其它的减震措施,称为多级减震。
1.3.2盾构隧道的减震
地下结构的地震减震研究最早始于盾构隧道减震。由于减震层吸收的是动应变,因此,减震层的材料必须具有一定的弹性,使其在地震中不被塑性化,以便在下次地震中仍可以继续发挥作用。考虑到施工后的地表下沉,减震层材料的泊松比要接近于0.5,或采用在隧道径向具有一定刚性的各向异性材料。减震材料可采用压注方式注入到衬砌与围岩之间的孔隙内,从而形成减震层。在隧道和竖井周围充填缓冲材料,可吸收破坏荷载引起的位移、变形,在第一和第二内衬之间注入加气砂浆作为缓冲材料,可以减小第二衬砌的震害。
1.3.3一般地下结构的减震
一般地下结构减震,是在保证其刚度的情况下,在地下结构与围岩之间设置减震装置,减震装置刚度可以进行调节,具有一定的阻尼。地震时,减震装置大量消耗地震能量,使地震传向地下结构的能量减小,从而使得地下结构的地震反应也大大减小。
目前,国内外现有的抗震设计规范关于地下结构的条文一般都十分简略,且存在不同程度的不足,难以适应地震区地下结构建设的发展。在我国地下结构建设规模不断扩大,大部分地区为地震设防区,目前又没有统一的地下结构抗震设计国家标准,对地下结构抗震的研究显得尤为必要。
参考文献:
[1]林皋.《地下结构抗震问题》.第四届全国地震工程会议论文,1994
[2]林皋.《地下结构的抗震设计》.土木工程学报,第29卷第1期,1996