复杂断面地下结构地震反应分析的整体式反应位移法

结构地震反应分析结构地震反应分析的主要工作是首先将结构简化成力学分析模型，然后输入地震作用，计算模拟结构的反应行为，包括内力和变形反应时程或最大值。

其目的是为结构抗震设计提供必要的数据资料；或为抗震安全鉴定和拟定抗震加固方案提供参考依据；或为研究结构破坏机理提供基本手段，从而改善设计，提高结构的抗震性能。

结构地震反应取决于地震动输入特性和结构特性。

随着人们对地震动特性和结构特性的了解越来越多，特别是技术手段越来越先进，结构地震反应分析方法也跟着有了飞跃的发展。

结构抗震分析方法的发展大体上可分为三个阶段，即静力法、拟静力法（通常指反应谱方法）和动力法阶段。

静力法是20世纪初首先在日本发展起来的。

该方法将结构物看成是刚体，并刚接于地面。

这样，结构在最大水平加速度绝对值为max a 的地面运动激励下，受到的最大水平作用力P （即最大惯性力）为kW A gW P ==max 其中，W 是结构物的重量，k 是地面最大水平加速度绝对值max A 与重力加速度g 之比，称为地震系数。

在当时人们对地面运动的频谱和卓越周期的了解还不够多，以及房屋多为低层建筑的情况下，应用上述地震荷载计算公式于抗震设计还是可以的。

但是，随着地震资料的积累和城市与工业建设的发展，使人们认识到作为静力法基础的刚性结构假定已明显地远离实际情况，于是考虑结构物的弹性性质、阻尼性质及相应动力特性的反应谱方法便发展起来了。

反应谱方法出现在20世纪40年代。

美国的一些学者在取得了一部分强震地面运动记录之后，考虑地震动特性与结构动力特性共同对结构地震反应产生决定性影响的这一事实，提出了反应谱概念和相应的设计计算方法。

这一方法有动力法的内容，却具静力法的形式，故可称之为拟静力法。

该方法对结构地震反应分析产生巨大影响，至今仍是结构抗震设计的主要计算方法。

尽管反应谱方法取得的进步是实质性的，但它的应用还是受到一些限制，如原则上只能用于线性结构体系；不能真实反映复杂结构体系的动力放大作用。

隧道纵向地震反应分析的反应位移法对比刘晶波; 王东洋; 谭辉; 宝鑫【期刊名称】《《振动与冲击》》【年(卷),期】2019(038)021【总页数】9页(P104-111,132)【关键词】隧道结构; 纵向地震反应; 反应位移法; 整体式反应位移法; 非一致地震动输入【作者】刘晶波; 王东洋; 谭辉; 宝鑫【作者单位】清华大学土木工程系北京100084【正文语种】中文【中图分类】TU91反应位移法是研究地下结构横向抗震反应分析的一种拟静力方法，具有计算模型简单、精度较高、实施步骤明确等优点，已被编入我国多部规范中[1-3]，是我国地下结构抗震领域广泛采用的设计方法。

近年来，实用性较高的反应位移法在地下隧道结构纵向地震反应分析中也有应用[4-6]，并被《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909—2014)所采用(以下简称“规范”)。

规范纵向反应位移法沿用了经典反应位移法的基本思想，认为地下结构在地震作用下的反应主要取决于周围土体的运动[7]，通过建立地基弹簧来模拟周围土体对结构的约束作用：将隧道结构简化为梁单元、周围地基土简化为支撑结构的地基弹簧，把沿隧道纵向轴线分布的土层位移作为等效地震作用施加于地基弹簧的非结构连接端，完成静力计算以获得隧道结构的地震反应。

尽管经典反应位移法具有较为严谨的理论基础，但已有研究表明该方法在计算地下结构横向地震反应时有时存在较大误差[8-10]，主要原因是经典反应位移法计算模型中地基弹簧刚度系数不易确定，离散的地基弹簧无法反映地基土层自身相互作用。

因此，同样采用地下结构-地基弹簧计算模型的纵向反应位移法也可能存在相同的问题。

针对非一致地震动输入下隧道等长线型地下结构的抗震问题，文献[11]提出了适用于隧道结构纵向地震反应分析的整体式反应位移法，结合动力时程法验证了纵向整体式反应位移法具有良好的计算精度，并且可以简便的判读隧道结构纵向地震反应的最不利时刻。

本文以北京某地铁区间盾构隧道结构为对象，采用规范纵向反应位移法和文献[11]提出的纵向整体式反应位移法进行SH地震波斜入射时隧道结构的地震反应分析，并与动力时程法计算结果进行对比，以比较两种拟静力方法的计算精度和适用性。

地下结构地震破坏形式与抗震分析方法综述摘要：随着人口的在激增以及经济的发展，人们的需求也开始狂飙式的增长。

然而，城市的空间有限，地面空间已经被充分利用，人们的视线开始转为地下，地下结构的开发缓解了城市的地面压力。

然而，由于地下结构的抗震技术的发展还并不成熟，在地震后，往往会造成地下结构的损坏甚至直接丧失继续工作的能力，给人们的财产安全带来威胁，影响人们的正常生活。

因此在此文中对地下结构的震害形式以及近年来地下结构抗震分析的研究成果进行展示。

以加深对地下结构震害的了解，并引起人们对地下结构抗震减震的重视。

关键词：地下结构抗震，震害形式，抗震分析，抗震减震0引言地震是自然界自然界一种常见的自然灾害，地球上每年约发生500多万次地震，即每天要发生上万次地震。

其中绝大多数太小或太远以至于人们感觉不到。

真正能对人类造成严重危害的地震大约有一二十次，能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。

然而，这种地震不仅仅会给损害人们的财产安全，更有甚者会威胁到生命安全。

以往的抗震研究主要集中在地上建筑。

认为地下结构受到的外界环境较少，各方向约束较多，刚度较大，且高度较小，加之过去地下结构的建设规模相对较少，地下结构受地震作用引起的结构的严重破坏的相关资料也较少，因此地下结构的工程抗震研究及设计长期未得到足够的重视。

1923年日本关东大地震（M8.2），震区内116座铁路隧道，有82座受到破坏；1952 年美国加州克恩郡地震（M7.6），造成南太平洋铁路的四座隧道损坏严重；1976年唐山地震（M7.8），唐山市给水系统完全瘫痪，秦京输油管道发生五处破坏；1978年日本伊豆尾岛地震（M7.0）震后出现了横贯隧道的断裂，隧道衬砌出现了一系列的破坏；特别是1995年日本阪神大地震（M7.2 ）中，神户市及阪神地区几座城市的供水系统和污水排放系统受到严重破坏，其中神户市供系统完全破坏，并基本丧失功能。

神户市部分地铁车站和区间隧道受到不同程度的破坏，其中大开站最为严重，一半以上的中柱完全倒塌，导致顶板坍塌和上覆土层大量沉降，最大沉降量达2.5m。

反应位移法在水下隧道抗震分析中的应用摘要：反应位移法作为地下构筑物抗震计算的简化处理方法，近年来，越来越多地应用于水下隧道的抗震分析。

本文根据地下结构抗震设计标准推荐的计算方法，从基本原理出发，通过MIDAS SoilWorks及GTS NX有限元分析软件，对某水下隧道进行基于反应位移法得地震响应分析计算，计算得到在地震工况下隧道典型横断面的内力结果，并进行了相应承载能力验算，为国内相关的工程的设计提供参考。

关键词：盾构隧道；地震；反映位移法；结构安全1 引言近年来，随着我国经济建设的迅猛发展，水下隧道广泛应用于构筑城市交通网，比如地铁和水下公路隧道，由于地下工程的特殊性，隧道在发生地震时可能导致大量的生命财产损失，抗震问题已经成为地下工程的重要问题[1]。

在地下工程的抗震分析中，诸如美国、日本等国走在世界前列，我国起步较晚，研究滞后，最近实施的《地下结构抗震设计标准》（GB/T 51336-2018）[1]为首次系统介绍地下结构抗震设计的规范，本规范于2019年4月1日正式实施。

抗震设计主要分为地震系数法[2]、反应位移法[3]、反应加速度法[4]和时程分析法[5]等，由于反应位移法计算简单，原理明确，能较好的考虑地震工况下结构与周围岩土体的结构响应，因此在工程中应用最为广泛。

刘晶波等[6]结合当前国内抗震分析现状，提出了结构抗震计算中急需解决的五大问题；周川等[7]通过对ABAQUS二次开发，将计算结果与著名的一维地震分析软件SHAKE91进行了类比分析，验证了结果的有效性。

本文以国内某水下隧道为例，参考最近实施的《地下结构抗震设计标准》（GB/T 51336-2018）[8]，详细介绍了反应位移法的基本原理，计算步骤，根据计算结果对结构的承载力进行了验算，可为类似工程的抗震计算提供参考。

2 反应位移法基本计算原理反应位移法就是根据地下结构在地震中的响应特征提出的，实际计算中，将地下结构模型化为支撑在地层弹簧上的梁单元，用地基弹簧来模拟周围岩土层与结构的相互作用，考虑结构刚度与地层刚度不同来模拟表示二者的相互影响、相互作用；地震工况下，作用在结构上的地震力则是通过这一弹簧单元施加的。

综述地下结构工程抗震分析方法摘要：近年来，地下结构在城市建设、交通运输、国防工程、水利工程等诸多领域得到了广泛应用。

同时，地下空间的开发利用也逐步向节能减排、解决城市交通拥堵、保护环境等方向发展。

然而，地下结构的抗震分析仍存在诸多问题亟待解决。

关键词：地下结构工程;抗震分析;问题;措施引言：中国是地震灾害频发的国家，尤其近年来地震频发，且地震破坏力相对较大，因此分析地震作用下地下结构工程的破坏机制以及如何提高结构的抗震性能成为了当前研究的重要课题。

然而，建筑行业的部分设计人员对于地下结构工程抗震设计的理解尚不充分，对建筑容易受地震损害的原因缺乏深入理解，这导致了设计中出现了各种问题。

1地震时地下结构工程的特殊反应地面建筑在遭遇地震时通常会出现自身动力反应，从而导致建筑倒塌或变形。

然而，地下结构由于与土体紧密相连，在地震作用下会与周围土体产生动态反应。

地震发生时，基岩会受到地震波的影响，软土层会逐渐渗透到结构物上，从而导致结构物破坏。

此外，部分地震波会反射回土层，对土层造成破坏，进而形成恶性循环。

因此，可以得出以下地震发生时地下结构工程的特殊反应：（1）地下结构在遭受地震时，由于受到周围土质的限制，其自身动力反应较小。

（2）地下结构的存在有效地减小了地震对周围地基的影响（特别是当考虑到地震波长和地下结构物尺寸的关系时）。

（3）地震波的入射方向对地下结构的形态产生很大的振动效应。

即使地震波的入射方向发生微小的变化，地下结构也会受到严重的变形。

（4）相比地面结构，地下结构在接受振动时各点的相位差较为显著。

（5）地下结构在振动中的应变受地动加速度的快慢影响较小。

（6）地下结构的地震反应大小与基础的深度无关。

2地下布局抗震剖析的有效途径2.1采取地动原型观察的方式地震原型观测的方法具体实施手段是结合地下结构在地震时的动力特殊属性，并进行合理的观测，从而达到掌握地下结构对地震动反应的目的。

首先根据长期以来对地震的观测，把各个地区地震裂度有效的划分，并进行科学的复核和校订，同时结合实际需要建立一个适应的数据库。

地下结构工程抗震分析方法综述摘要：随着社会经济的快速发展，地下结构工程也得到了快速的发展，其建设规模也越来越大。

但受传统建设观念及抗震材料的不完善，造成地下结构工程的抗震力不足够。

目前，我国在对地下工程的抗震设计过程中，一般应用的是地震系数法，当前已经无法满足地下结构深度持续增加的现状。

为提升低下结构工程抗震能力，就要对抗震分析方法进行研究。

关键词：地下结构工程；抗震分析方法；综述当前，随着各大城市对于地下结构工程的需求量的增加，社会也更加关注地下工程的抗震性能。

传统观念认为，地下结构不会受到外界环境的较大影响，且其个方向有着较大的约束，因此地震不会对其造成严重影响。

但随着人们认识的不断加深，也逐渐开始对于低下结构工程抗震分析方法进行研究。

1 地下结构工程的抗震分析方法的研究与发展这一分析方法的基础是地面建筑结构所应用的抗震理论，在上世纪50年代之前，国内外地下结构所应用的抗震设计主要是日本的大森房吉的静理论，计算分析地下结构的地震作用力的。

而到60年代初期，前苏联的学者开始将抗震研究中的弹性理论在地下结构设计中进行应用，从而对均匀介质中有关单连通及多连通域里的应力状态进行计算分析，得到了地下结构中的地震作用所具有的精确解以及近似解，也就是常用的拟静力法。

在60年代后期，美国开始深入的研究地下结构的抗震问题，其认为地下结构是无法对惯性力进行抵御的，一般都是对其进行吸收与变形的，并开发了多种比较新型的设计思想，还对制定了一定的抗震设计的标准。

在上世纪70年代，日本学者通过对于地震观测资料的研究，以及对于现场进行观测和模型进行试验等方式，对数学模型进行了建立，在与波的多重反射理论进行结合以后，一系列的反应位移法、地基抗力法等多种计算方法应运而出，有效的促进了地下结构工程抗震研究的发展。

2 地下结构工程的地震反应特征一旦发生地震，则地面建筑就会产生一定的地震反应，最明显的表现就是建筑物本身就会出现一些动力反应。

文章标题：反应位移法在盾构隧道横向抗震研究中的应用序一、引言盾构隧道是城市地下交通建设中的重要组成部分，对于提高城市道路交通能力、改善城市环境、保障城市交通安全和促进经济社会发展具有重要意义。

然而，地震是盾构隧道施工和使用中的主要自然灾害之一，对盾构隧道结构和安全稳定性产生重大影响。

盾构隧道横向抗震研究显得尤为重要。

反应位移法作为一种重要的结构力学分析方法，在盾构隧道横向抗震研究中具有广泛的应用价值。

二、反应位移法的基本原理1. 定义和概念反应位移法是一种结构动力学分析方法，其基本原理是基于结构在地震作用下产生的位移和塑性变形来进行分析。

通过分析结构在地震作用下的位移响应情况，可以得到结构在地震作用下的受力状态和变形情况，从而为结构设计和抗震设防提供重要参考。

2. 原理和应用反应位移法的基本原理是结构在地震作用下产生的位移反应是结构抗震能力的重要体现，通过对结构位移进行分析和计算，可以评估结构在地震作用下的抗震性能和安全可靠性。

在盾构隧道横向抗震研究中，可以根据地震作用下盾构隧道的反应位移情况，评估盾构隧道的抗震性能，为盾构隧道的设计和施工提供科学依据。

三、盾构隧道横向抗震研究中的应用1. 抗震设计理念盾构隧道横向抗震研究的基本目标是保证盾构隧道在地震作用下的安全、稳定和可靠。

通过对盾构隧道结构系统进行抗震设计，可以减小地震作用对盾构隧道的影响，提高盾构隧道的抗震性能和安全可靠性。

在抗震设计中，反应位移法可以用来评估盾构隧道在地震作用下的位移响应情况，为盾构隧道的抗震设计提供科学依据和技术支持。

2. 结构抗震分析盾构隧道横向抗震研究中，利用反应位移法对盾构隧道结构系统进行抗震分析，可以对盾构隧道在地震作用下的受力和变形情况进行全面评估。

通过分析盾构隧道在地震作用下的反应位移情况，可以揭示盾构隧道结构系统在地震作用下的脆弱部位和破坏机制，为盾构隧道的抗震设计和加固提供重要参考和依据。

3. 结构优化设计在盾构隧道横向抗震研究中，利用反应位移法对盾构隧道结构系统进行分析和计算，可以得到盾构隧道在地震作用下的反应位移情况，为结构优化设计提供科学依据。

技术与应用几年，我国各城市地铁工程建设正在大规模进行。

地铁工程作为一个城市最大规模的基础设施，其抗震问题已经成为整个城市工程抗震和防震减灾研究的重要组成部分。

在设计阶段考虑地震作用对地下车站的影响，已成为必须重视的问题。

1 抗震计算方法的选择目前抗震设计中地震效应的计算方法有惯性静力法、弹性时程法、反应位移法等。

惯性静力法也称为地震系数法，是我国《铁路工程抗震设计规范》推荐的一种计算方法，从前苏联引进，基于反应位移法的地铁车站抗震分析桑百有：兰州市轨道交通有限公司规划技术处，工程师，甘肃 兰州，730000摘 要：随着地下结构建设规模的不断扩大，地铁车站的抗震问题已逐步成为地铁建设中新的焦点，而与工程设计相应的地震响应计算方法仍不够成熟。

运用反应位移法对典型地铁车站结构进行地震响应计算分析，并评价其抗震性能，最后得出基于反应位移法计算的地下车站与地震中车站破坏形式比较相符，运用反应位移法计算抗震可以满足设计要求。

关键词：地铁车站；反应位移法；抗震分析中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2015）06-0077-05一直沿用至今。

惯性静力法计算地铁车站地震作用时，有3项荷载：（1）地震动峰加速度引起的上部土体对结构的横向荷载；（2）结构自身受到地震动峰加速度引起的横向荷载；（3）结构侧向土体由于地震引起的摩擦角改变产生对结构的荷载。

当地下结构平面面积较大、层高低、覆土浅时，结构的惯性力为主要作用力，可采用惯性静力法进行计算。

一般地铁车站埋深较深，结构的惯性力不起主要作用，采用惯性静力法并不合适。

弹性时程法按照建筑场地和设计地震分组，选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线进行计算。

获取实际地震记录和人工模拟合理的地震曲线难度较大，对计算精度有很大影响。

因此，采用弹性时程法计算地下车站抗震尚存在一定困难。

反应位移法假设地下结构地震反应的计算可简化为平面应变问题，其在地震时的反应加速度、速度及位移等与周边地层保持一致。