隧道抗震讲座1-地基地震响应位移法.ppt

1 隧道抗震基本原理 地基地震响应位移法 工程抗震讲座 北京城建设计研究总院有限责任公司向上 2 目录 1 地震造成的隧道破坏2 地上结构物和地下结构物的不同响应机理3 地基液化的条件4 隧道抗震分析方法5 典型隧道地震分析案例 3 1 地震造成的隧道破坏 兵库县南部地震中神户高速铁路大开车站的地面沦陷 4 兵库县南部地震中神户高速铁路大开车站中柱损伤情况 底部弯曲破坏及压坏 底部压坏 5 侧墙下部haunch处混凝土被剥离 钢筋被拔出 侧墙上部外表面混凝土产生了较大裂缝 6 新泻中越地震中夏铁路隧道上行线的受损 产生较大裂缝 新泻中越地震中夏铁路隧道上行线的受损 2次衬砌剥落宽度达12cm 7 1985年墨西哥8 1级地震 海洋型地震 这种地震地基变形比较大 正在建设中的盾构下水道 轴线方向有连续细小的裂缝 5颗环之间的螺栓被拧断 顶部有少量混凝土掉落 另外 在其他地方 隧道和竖井的连接部位受灾并发生了漏水 8 在1995年的兵库县南部地震 内陆直下型地震 中 隧道和竖井的连接部位发生了漏水 隧道结构变化的地方和二次衬砌的部分地方产生了裂缝 在线路方向2次衬砌发生了裂缝 在竖井和隧道之间发生了裂缝 9 总结 地下结构物的地震损害不如地面以上结构物 浅层地下结构物的地震损害要大于深层地下结构物 10 2 地上结构物和地下结构物的不同响应机理 地面以上结构物 惯性力起支配作用 地面以下结构物 从属于地基的变形 地基引起的强制变形起支配作用 11 震害比较 地面以上结构物 损伤 倒塌 地面以下结构物 相比地面以上结构物 受损较轻 在日本兵库县南部地震中仅神户高速铁路的大开车站由于地面陷落而倒塌 12 3 地基液化的条件 必须满足以下所有条件的饱和砂质土层才有可能出现液化 1 地下水位位于地面以下10米之内的土层 2 地面以下20米之内的土层 3 平均粒径在10 0mm以下 并且其中10 的粒径在1 0mm以下的土层 4 细砂部分含有量在35 以下的地层 或虽然细砂部分含有量在35 以上 但粘土部分含有量在15 的土层 13 4 隧道抗震分析方法 地面以上结构物 反应谱分析 时程分析 损伤分析 地面以下结构物 地基地震响应位移法 时程分析 损伤分析其中损伤分析是以地震时的相应应变分析结构物的损伤程度 14 隧道周边的弹簧支撑 地基弹簧的取值 必须采用动弹簧 动弹簧原则上必须通过剪切波勘测的方式获得 但不得以的情况下可取静弹簧的2倍 必须避免剪切损伤 注意要点 15 塑性铰所在部位 损伤最容易发生的部位 16 地下结构物地震受害的元凶 地基的剪切振动 由于地下结构物主要受地基的强制变形影响 所以振动方程 m y C y k y m yd 完全可以简化为对地基的振动分析 而不是对结构物的分析 又由于大地是半无限体 振动分析可以进一步简化为地基的剪切振动分析 更准确地讲是第一剪切振动分析 17 地基地震响应位移法定义 地基地震响应位移法 日本创立的一种对于地下结构物的抗震设计方法 我国现在还没有用这种方法进行抗震设计 这种方法主要分析地震发生时由于地基的变形而导致的地震荷载 在日本于1977年修订的抗震设计法中 将其与震度法 时程分析法并列 成为基本抗震设计方法中的一种 地震发生时 地下结构物并不产生共振 而是随地基产生变形 正因为这样 通过分析地震发生时地基的变形 再将变形通过地基弹簧转换成地震时的外力 就可以求出地震时结构物的内力和应变 进而根据允许应力法或极限状态设计法就可以对结构物的抗震性能进行评价 18 地基地震响应位移法概念 地震荷载 惯性力 地基强制变形 表面剪切力 19 地基的剪切振动 地基强制变形是由地基的剪切振动引起的地基剪切振动微分方程式 Vs 地震剪切波波速 g 抗震地表面的水平位移量 地基的单质点剪切振动变形函数 20 地基的双质点剪切振动变形函数 Vsd1 Vsd2 各地层地震剪切波波速 g1 g2 各地层的水平位移量 21 地基的多质点剪切振动变形函数只能用数值分析近似求解 22 5 典型隧道地震分析案例 日本舟桥隧道 明挖法施工 23 力学模型 24 通常状态下计算出的配筋其中 箍筋采用D13 250 25 地震下的弹簧支撑 26 地震下的主要恒载 27 地震下的力学模型 28 地震下的惯性力计算 29 30 地基变形量的计算 31 地震下的表面剪切力 32 解析结果 利用Pushover法将所有恒载一起加上 将地震荷载按照每一步为 0 01 质量逐渐加载的方式 得出了最终响应地震状态下即加载到 0 93 质量的状态下的结果 左侧立柱在 0 43 质量的状态下钢筋出现了屈服 以下部位在最终阶段时多处出现了钢筋屈服 但没有达到极限状态 即受压混凝土的