地下综合管廊横、纵向地震响应研究

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近年来,综合管廊的建设如火如荼,逐渐成为了城市地下空间工程的重要组成部分。综合管廊为长大线状地下结构,承担着收纳和保护各类管道及缆线的作用,属城市生命线工程,在灾害来临时保证其安全、完整对城市功能运转与灾后修复具有重大意义。我国地震多发,这对管廊等长大地下结构的安全产生了巨大威胁;故近年来此类地下结构的地震响应特性分析成为了地下工程抗震研究的重点之一。针对该问题涌现出了一系列基于数值仿真的实用分析方法,然而现有方法尚存在不足:考虑非线性或进行多参数影响分析时,传统的土-地下结构完全模型计算效率低下;现有的简化分析方法对于竖向地震动鲜有考虑;复杂场地中管廊等长大地下结构的纵向非线性地震响应特征尚不明确。
  针对上述问题,基于广义反应位移法的思路,建立了一种快速高效的地下结构横向地震响应简化计算体系并对管廊的地震响应特征进行了深入分析;另外,结合南京市某综合管廊工程实例,考虑管廊沿线的土层分布与管廊内预应力钢绞线的影响,探讨了复杂场地中管廊纵向非线性地震响应特征。主要工作和成果如下:
  (1)基于广义反应位移法的基本思路并结合有限元法、一维波动理论以及随机地震动模拟方法,建立了针对地下结构横向地震响应分析的简化计算体系,通过与传统计算分析方法对比验证了该计算体系的可靠性。
  (2)在此计算体系的基础上,探究了不同条件下地下综合管廊的横向地震响应特征;结果表明,当地震发生时,管廊的各个角部是薄弱环节,需要增强管廊各角部的抗震设防。
  (3)基于上述工作,借助Matlab软件进行了该计算体系下自由场位移响应计算程序的设计及界面开发;利用Python语言工具,实现了不同条件下不同地下结构地震响应的快速计算。在此基础上,探究了含软夹层场地内管廊的横向地震响应规律;结果显示,管廊穿越软夹层时不利于其抗震,而下卧软夹层在特定条件下能减小管廊的地震响应。
  (4)运用广义反应位移法并考虑沿线土层的分布情况、预应力钢绞线的作用以及土体的非线性,进行了地下管廊纵向地震响应分析。结果显示:对于同一PGA条件,在远场地震作用下,管廊的地震响应总体上高于近场地震作用下的地震响应;地震波的Arias烈度、频谱成分、重要持时等都对管廊纵向地震响应的强度和空间分布特征具有一定的影响;而在不同类型土体的交界面处,综合管廊响应出现急剧增大的现象。因此,需重视穿越非均匀场地层的长大地下结构的抗震设计。此外,该建模分析过程可为工程精细化建模提供参考。
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