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摘要：城市地下结构主要用于隧道建设，地铁与车站建设以及地下综合管廊建设等等，所以城市地下结构具有明显的复杂性与系统性，它不仅是城市基础设施建设的重要组成部分，更是人们正常生活的重要保障。受自身认知与与科学技术的限制，使得人们对地下结构的抗震性能认识存在明显的误区，大部分的人都人为地下结构的抗震性能要明显高于地上结构，但是经过大地震的影响以及社会科技的进步，人们对城市地下结构的抗震性能有了全新的认识。而地下结构抗震简化分析方法，能明显提升地下结构抗震分析的精准性与有效性，从而为城市地下结构的建设工作提供准确的帮助与引导。
关键词：城市地下结构；抗震简化；分析方法
1城市地下结构震害的主要特征
现阶段地下结构震害机制主要具有两种类型，一种是由地震灾害而引起的破坏现象，也就是地震动使得地下结构的整体性遭到破坏，其主要机理与地上结构的震害具有明显的相似性。另一种则是由于地层的破坏而引起了地下结构的破坏现象，地下结构在震动的作用下，受周围土体结构的影响，使得其自振特性体现得不是很明显。其中，引起地下结构出现破坏的主要原因是地基土的大变形，所以地下结构沿线地质变化明显的位置，震害就相对其他区域要厉害得多。
2城市效应的复杂性
通常情况下，大型城市都具有人口数大，地上建筑结构复杂且密集的特点，高层建筑的数量与规模也相对较大。那与之相同，城市地下空间也同样存在复杂多样的地下结构，例如管道，地铁，隧道，车站等等，部分地下结构还需要下穿高层建筑。地下结构与地上结构形成了相互作用的模式，也就是“城市效应”。城市效应会对地震波传播的波场产生明显的改变作用，这就使得地震动与自由场地震动具有显著的差异，那么地下结构的地震反应则会发生改变。另外，地下结构中埋入的地面建筑的地基会对地面建筑的地震反应造成明显的影响。
3城市地下结构抗震简化分析方法
3.1地震系数法
地震系数法的基础是静力理论体系，在1899年由日本学者提出。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆受地下结构动力响应规律的认知局限性影响，地下结构在早期的抗震理论中，都是采用静力理论思想的地震系数法。地震系数法认为在地震发生时，地下结构的变化同地面结构一样，都会受到惯性力的作用，所以地下结构在地震荷载作用时所承受的主要荷载是惯性力。地震系数法在形式上具有明显的简单性，所以该方法在我国早期的铁路隧道抗震设计中得到了广泛的应用。
3.2自由场变形法
在20世纪60年代，根据地下结构抗震分析工作的有力推进与深入，大量的学者研究发现，地下结构震动作用不是像地震系数法提出的受惯性力的影响，而是周围土层结构的变形影响为主导，在此基础上则提出了自由场变形法。自由场变形法认为地下结构在地震作用下的变形问题，同相应位置的自由变形具有明显的一致性，那么地下结构的实际抗侧刚度与周围土体之间的差异问题则可直接忽略。在应用自由场变形法时，需要确保结构产生一个能够与结构相对应的位置，并且该位置的自由场变形位移也有具有一致性，在此基础之上对结构的地震反应进行科学的计算。
3.3柔度系数法
上文讲到自由场变形法的存在是需要一个假设，也就是结构实际变形情况与周围土体的侧向变形之间具有一致性，这就对结构与周围土体的变形情况的不协调性造成了直接忽略。但是在具体的工程中，地下结构的实际刚度与周围土体的刚度情况无法具有一致性，通常两者间的差异都比较大，那么，地下结构的存在必定会对土层的变形造成直接性的影响。在此基础上充分结合地震波动场分析的主要思想原理，提出了柔度系数法，也可以理解为土体结构相互作用的抗震简化分析方法。
3.4反应位移法
针对地下结构的地震响应规律而言，同地上结构存在较大的差异，大量的学者针对地下结构在地震作用下的实际反应规律进行了深入的研究与分析，发现地下结构在地震作用下会和周围的土体共同进行运动，在结构的位移方面，速度方面以及加速度方面都与周围土体之间具有明显的一致性，根据这一特点便提出了反应位移法。反应位移法的基本理论认为周围土层的变形情况会对地下结构地震时的反应造成重要的影响作用。该方法主要是将地下结构的横断面模型进行简化处理，得到一个框架式的结构模式，将地基弹簧设置在周围，而结构深度方面的位移则作为地震荷载，将此施加在地基弹簧之上，实现对结构内力反应情况的精准计算。其中，地基弹簧的刚度确定是该方法应用过程中的重点与关键，它直接决定着计算结构的精准性与有效性。
3.5反应加速度法
上述地下结构抗震简化分析方法大部分都是将地下结构与周围的土体进行分开考虑的，对于土体与结构之间的相互作用则考虑得较少，虽然反应位移法考虑了土体与结构之间的相互作用，但是在反应位移法的应用中，地基弹簧的刚度计算存在较多的不确定性因素。在此基础上日本学者提出了反应加速度法。现阶段反应加速度法与反应位移法，都在我国的相关规范之内，但是反应加速度法的实际普及与应用情况并不理想，相比之下，反应位移法应用频率更高。
3.6Pushover分析方法
Pushover分析方法具有显著的简便高效性，所以在地上建筑结构抗震性能分析与抗震性能设计中得到了大量的应用。但是在地震反应规律与特点方面，地下结构与地上结构之间的差异十分显著，例如周围场地的变形情况会对地下结构的地震反应造成明显的影响，而地上结构的地震反应主要是来源于地震的惯性力。为此，结合Pushover分析方法与反应加速度法提出了地下结构Pushover分析方法，此方法主要用于地下结构的抗震简化分析，现阶段还未得到全面的推广与应用。
4结束语
在社会经济与计算机技术不断发展与进步的影响下，未来针对城市地下结构抗震简化分析将转变为整体动力学分析的方向，但是在现阶段，城市地下结构抗震简化分析方法将是无可替代的。应用地下结构抗震简化分析方法，能直接提升地下结构抗震性能分析的有效性，提高工作效率与质量。城市化进程的加速使得城市建设与土地资源的矛盾愈演愈烈，那在城市的发展中就无法避免城市地下结构下穿到城市地上建筑，为了保证城市的发展与建设目标顺利完成，则需要提升地下结构修筑的数量与规模。较高的地下基础设施建设要求与复杂的地质条件，都会增大城市整体弹塑性动力分析工作的难度与强度。为此，只有充分结合城市地下结构的实际地质特点与城市效应的相关影响，对城市地下结构抗震简化分析方法进行科学的选择与合理的应用，为城市地下结构抗震性能的提升提供准确有效的帮助与引导，提高城市地下结构建设的整体效益，增强城市公共服务设施的完善性与安全性。
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论文作者:李宁1,闫文娟2
论文发表刊物:《防护工程》2019年15期
论文发表时间:2019/12/3
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