地下结构抗震分析综述

李正巍

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。大开车站地震破坏后众多学者对其进行研究，大多数学者认为大开地铁车站发生整体破坏的主要原因是中柱破坏，无法为顶板提供支撑，其中有学者强调了竖向地震动对中柱的变形能力产生了不利影响。有学者认为:结构上覆土体在竖向地震动作用下使得中柱轴压比显著增大，中柱水平变形能力随轴压比的增大显著降低，延性降低，同时在水平剪切作用下中柱发生突然的脆性破坏，导致结构产生整体破坏。另有学者认为，车站结构顶板与侧墙的连接部在地震动作用下首先发生弯曲破坏，使得侧墙承担的竖向压力转移给中柱承担，最后中柱发生压曲破坏而导致车站顶板的坍塌[1]。

3地下结构抗震构造措施

目前我国地下结构抗震设计主要依靠《地铁设计规范》和《建筑抗震设计规范》。在《地铁设计规范》中明确表示：地下结构的地震反应宜采用反应位移法或惯性静力法计算，结构体系复杂、体形不规则以及结构断面变化较大时，宜采用动力分析法计算结构的地震反应。在地下结构抗震构造措施中地下结构宜具有合理的刚度和承载力分布；地下结构下层的竖向承载结构刚度不宜低于上层；地下结构及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称、平顺，并应具有良好的整体性；在结构断面变化较大的部位，宜设置能有效防止或降低不同刚度的结构间形成牵制作用的防震缝或变形缝，缝的宽度应符合防震缝的要求。同时地下结构的抗震构造可按现行国家标准《建筑抗设计规范》GB 50011的有关规定执行。

在我国现阶段减轻地下结构震害的技术措施主要为抗震构造措施和减隔震构造措施。主要包含以下几方面：改善地下结构自身性能，提高结构质量、强度、刚度等性质，以此提高结构抗震性能；考虑地下结构在地震作用下出现的危险位置及其破坏机理，同时改变中柱与顶板连接形式，从而达到抗震效果；对地下结构周围一定范围内的围岩注浆或设置锚杆等，提高围岩的性质，充分发挥围岩的承载能力从而降低地下结构在地震中的响应；在地下结构与土体之间设置隔震层，隔断周围土体对地下结构的约束力，利用隔震层耗散地震能量，从而减少地下结构受到的地震能量；通过提升结构性能，改善结构形式，减轻结构内力，从而达到减震效果；在构件连接处设置减震装置，以达到耗散地震能量，减少地震带来的损害[2]。

4结语

综上所述，结合大开车站震害表现，地震对地下结构产生的影响巨大。同时结合相关规范及部分学者研究结果，介绍了地下结构的抗震设计方法及抗震构造措施。现今我国大力开发地下空间，对众多地下工程还要开展深入的研究，完善分析方法。

[1]许成顺,张梓鸿,李洋等.板柱变形能力对地铁车站结构地震破坏反应影响研究[J].建筑结构学报,2022,43(04):26-35.

[2]庄海洋,唐柏赞,余冰雁等.地下结构抗震与减隔震研究进展与展望[J].震灾防御技术,2023,18(01):1-12.