浅谈综合管廊在地震荷载作用下研究现状

王洪宇　王皓　郜品一

摘 要：本文主要介绍地下综合管廊的破坏形态，指出研究地下综合管廊抗震性能的必要性，阐述两种地下结构抗震的理论与计算方法，并对两种计算方法进行步骤及特点予以说明。

关键词：综合管廊；破坏形态；设计方法

中图分类号：TU990 文献标识码：A

一、综合管廊在地震荷载作用下破坏形态

当今，地下综合管廊的建设与发展已迫在眉睫，生产有重大影响的工程系统被人们形象地称之为生命线系统。然而人们对于地震所带来的对地下设施的危害却没有太深刻的认识，1976年，唐山7.8级地震，使这个有百万人口的工业重镇遭受灭顶之灾，瞬间夷为平地，而这场地震也导致唐山市区地下200多km供水管线全线瘫痪，燃气、煤气管线多处发生爆炸，对抗灾救援以及灾后重建工作造成了极大的阻碍。距离关东地震震源10km左右地下通道被地震荷载拉裂产生裂缝以及崩塌现象，破坏形态主要体现为在施工缝处产生了位置错动。地下结构的破坏主要出现在地质条件变化较大地段、地下结构截面变化处以及埋藏较浅的地下结构受到地震荷载影响也十分明显。地震对于地下管廊的破坏大抵有如下规律：

（1）地震强度越大，管线破坏程度越严重。

（2）管线的材料不同，地震所造成的危害也不同，大抵按石棉水泥管、塑料管、铸铁管、延性铸铁管的顺序，地震震害逐渐减轻。

（3）刚性接口的管线震害大于柔性接口的管线震害。

（4）管线越细震害越严重。

二、综合管廊抗震两种设计方法

对于地下综合管廊的抗震有很多，现主要有以下两种分析方法。

静力弹塑性分析方法是一种介于弹性分析和动力弹塑性分析之间的方法。其理论核心是“目标位移法”和“承载力谱法”。最为关键的地方则在于建筑结构所承受的侧向荷载的分布模式，而相对次要的则是建筑所受荷载的加载方式。地下抗震工程中，应变传递法、反应位移法等多种设计计算方法都可归为拟静力弹塑性分析法一类。对于地下管廊来说，在地震作用下受力主要以体积力为主，由此而知，在对地下管廊系统进行拟静力分析时，需在计算模型中施加水平惯性体积力。具体步骤如下：

（1）首先应建立自由场模型，依据已知的土样参数，进行地震波作用下的土层反应与分析。进行计算求解出自由场土体沿深度分布的水平等效加速度。

（2）最后，则需要建立一个地下管廊有限元模型，在其底部采取固定边界，在两侧边界节点采用竖直向约束，水平向采用自由形式。按照地下管廊周围土层的所在位置逐步施加上一步中得到的沿深度分布的水平惯性加速度，至于地下管廊模型中的结构部分也按照其所在周围土层的深度位置作用水平等效惯性加速度，然后按照惯性有限元方法进行求解。

地下结构静力弹塑性分析方法有以下几个特点：

（1）概念清晰明了，可以准确地反应土与结构间的相互作用，又不用考虑相互作用中的计算系数；同时还可以考虑比较复杂的断面形式以及地质条件的影响。

（2）地下结构静力弹塑性分析方法中的水平等效惯性加速度的求解方法较为简单，并且容易在土与结构模型中施加，方便在设计时的工作人员使用。

（3）这种方法可以考虑强地震作用下土与结构非线性的影响，以便实现不可预见的地震发生时作用的弹塑性分析。

反应位移法采用土-结构相互作用模型来直接反应土体与结构间的相互作用，可以避免引入地基弹簧带来的计算量和计算误差。整体式反应位移法是一个精度高、计算简便、适用性很强的拟静力计算方法，可以用于地下结构的抗震分析与设计中。对于复杂断面结构，已经不适用进行设计与计算，所以才提出了整体式反应位移法。具体步骤如下：

（1）计算出自由场地地震反应。设立自由场形式，进行输入地震作用下的土层地震反应分析，并且计算出所对应位置的土体变形和土体加速度。

（2）计算出等效的地震的动荷载。建成不间断的自由场土体的有限元形式。在地下管廊的结构模型的相对应位置施加求得的土体变形，计算出结构反力。计算出结构惯性力。得出的对应结构模型位置处的反应加速度，作用于结构上作为结构惯性力。

（3）构建地下结构模型进行计算分析。构建土-结构的作用模型，将结构模型的边界固定，并且采用第二步与第三步中得出的地震作用，依据相应数据进行计算。

地下管廊抗震反应分析整体式反应位移法的特点：

（1）整体式反应位移法与一般动力有限元方法相比，这种方法不需要进行其他的分析计算，仅需进行自由场地上的土体地震反应讨论与计算，防止了对土体结构的系统进行复杂的动力作用分析，在确保计算准确性的同时，极大地减少了问题中的不确定性，为设计人员提供了便利。

（2）与普通的反应位移法相比较来说，这种方式的概念较为清晰，按照土体结构的有限元模型来清楚地体现出土体与建筑物之间的互相作用，减少了地基中的弹簧系数所带来的复杂性，增强计算准确度的同时减少了工作量。

研究抗震反应以及抗震分析与计算，在两种方法之间显然第二种方法较为简单与全面。对于地下综合管廊的抗震实例来说，两种方法各有所长，应根据实际情况具体分析，以便于选择出更好的方法进行研究与计算。

结语

因此，在城市现代化速度越来越快的今天，城市地下综合管廊的建设已经逐渐完善，不过我们对于地震灾害对地下结构的危害还认识得不够透彻，所以我们更加应该重视地下综合管廊的抗震措施，加大对地下结构抗震的研究力度，使得地下综合管廊抗震理论逐步完善起来。

参考文献

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