城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范技術(shù)要點

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現(xiàn)階段，我國城市軌道交通建設領(lǐng)域的規(guī)模正在日益擴大，這在一定程度上對我國交通事業(yè)發(fā)展起到了促進作用。雖然我國的城市軌道交通工程已經(jīng)具有較高的質(zhì)量，但在發(fā)生地震災害時，一些軌道的結(jié)構(gòu)還是遭到了嚴重破壞，而城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設計不規(guī)范是造成這一現(xiàn)象的主要原因。因此，相關(guān)設計者應嚴格按照城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范的技術(shù)要點進行設計，防止城市軌道交通結(jié)構(gòu)遭到地震破壞。

1 編寫規(guī)范的重要性

編寫規(guī)范能夠?qū)Τ鞘熊壍澜煌ńY(jié)構(gòu)抗震設計起到約束作用，然而，就目前情況而言，在我國城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設計方面缺少專用規(guī)范。結(jié)合已完成的城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設計情況以及應用情況來看，在進行軌道高架結(jié)構(gòu)設計工作時，通常會參考一些鐵路橋梁與公路的抗震設計的理論與規(guī)范，并采用適當?shù)姆椒▉硗瓿上嚓P(guān)設計工作。相對而言，在開展地面或地下結(jié)構(gòu)的設計工作時，參考的是一系列建筑結(jié)構(gòu)設計理論與規(guī)范。相關(guān)設計人員需要結(jié)合實際的設計情況選擇科學合理的鐵路、公路的抗震規(guī)范，如果只是依據(jù)自身經(jīng)驗來選擇相關(guān)規(guī)范，就可能會使所選規(guī)范與實際設計要求不符，使設計的抗震能力不在一個統(tǒng)一的水平線上。除此之外，與其他普通的工民建筑相比，鐵路或公路橋梁隧道在結(jié)構(gòu)上具有一定的特殊性，具體表現(xiàn)在軌道交通的結(jié)構(gòu)形式、所承受的車輛荷載以及其他約束條件上。因此，需要依據(jù)實際工程情況以及安全要求編寫針對性強、適用性強的抗震設計規(guī)范，從而保證所采用的設計理論和設計標準可以更好地匹配實際建設要求。

2 抗震設計規(guī)范的發(fā)展趨勢

經(jīng)過多年的應用，以性能設計為基礎的設計理念已經(jīng)獲得了普遍認可，并得到了廣泛應用。因此，相關(guān)的結(jié)構(gòu)設計標準也正在由描述性向以性能設計為基礎的規(guī)范方向轉(zhuǎn)變。就目前的整體情況來看，那些已經(jīng)在工程設計中得到廣泛應用的設計規(guī)范普遍具有一個相同的特點，即將實踐作為主要的技術(shù)路線，并歸納之前的一些成功或失敗的經(jīng)驗，在以后的設計中可以將這些經(jīng)驗作為指導性文件，同時，依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗與使用要求編制一些科學合理的條文，并將這些可以應對不同要求的條文以及文件稱為描述性規(guī)范。另外，從實際使用情況中可以發(fā)現(xiàn)，這些描述性規(guī)范中存在一些問題，其未對這些設計條文所應達到的最終設計目標進行明確規(guī)定，從而導致在更改相關(guān)規(guī)范的過程中常常會涉及一些難以變動的強制性的規(guī)定。這會對相關(guān)設計者產(chǎn)生一定的制約作用，阻礙其充分發(fā)揮設計的主動性和創(chuàng)新性。與此同時，描述性規(guī)范中通常不包含一些非常規(guī)的結(jié)構(gòu)設計，因此其適用范圍相對較小。相對建設方而言，其在使用描述性規(guī)范時缺少足夠的選擇空間，以至于在進行一些關(guān)于抵抗自然災害的結(jié)構(gòu)設計時，描述性規(guī)范與其不相適應，這也會給設計者的設計工作帶來一定的復雜性。

20世紀60年代開始出現(xiàn)以性能設計為基礎的工程結(jié)構(gòu)設計理念，該設計理念的提出者是一位工程師，而該設計理念被正式應用于抗震設計中是在1996年。20世紀90年代，出現(xiàn)了幾次破壞性較強的地震現(xiàn)象，抗震設計理念的可行性以及實用性開始引起人們重視。在此基礎上，越來越多的研究者開始對抗震設計理念進行更深層次的研究。隨后，越來越多的國家開始重視以性能設計為基礎的結(jié)構(gòu)設計理念，關(guān)注其實際應用情況。日本和美國以及一些其他國家也都開始對此開展了專門研究，其研究方向也從描述性規(guī)范向基于性能設計的規(guī)范推進。在我國，抗震設計規(guī)范也有著漫長的發(fā)展歷程。2004年我國推出了《建筑工程抗震性態(tài)設計通則》，這一規(guī)范在推動我國基于性能工程結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。除此之外，基礎性能抗震設計相關(guān)規(guī)范已經(jīng)在日本的一些鐵道抗震設計中得到了廣泛應用，并獲得了較好的應用效果。與此同時，美國也先后出版了一些不同版本的設計指南及相關(guān)技術(shù)標準文件，其大多以基于性能抗震設計規(guī)范為主。由此可見，基于性能的工程結(jié)構(gòu)設計規(guī)范在很多國家都已經(jīng)獲得了明顯的應用效果。我國也應對城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范編寫工作給予足夠重視，同時結(jié)合當下時代發(fā)展趨勢以及我國軌道交通的實際建設情況，對其進行完善與改進，以便更好地滿足當下城市軌道交通的設計要求，提高相關(guān)工程的抗震指數(shù)。

3 設計規(guī)范技術(shù)要點分析

3.1 地下結(jié)構(gòu)的設計方法

在開展地下車站或者是一些區(qū)間隧道的設計工作時，通常會根據(jù)其自身結(jié)構(gòu)特點來選擇合適的計算方法。比較常用的方法有反應位移法、加速法、時程分析法。其中，反應位移法主要是以地震發(fā)生時四周的土層變形程度作為地震荷載判斷依據(jù)，其對于地震發(fā)生時的地下結(jié)構(gòu)震動特點具有較高的適應性；而加速法則主要是將土地劃分成二維平面應變單元后再進行相關(guān)的計算工作，因此其可以在不計算地基彈簧的情況下對土地開展線性分析工作，從而在一定程度上避免相關(guān)反應給地基彈簧剛度計算帶來誤差，提高計算結(jié)果的精準性，保障地下結(jié)構(gòu)設計的穩(wěn)定性。

在圍繞隧道縱向地震反應面的設計問題開展相關(guān)工作時，比較常用的方法是反應位移法。其使用依據(jù)主要是城市軌道交通結(jié)構(gòu)設計的相關(guān)規(guī)范。在隧道發(fā)生地震現(xiàn)象時，其土層通常被劃分為兩個方向上的分量，分別與隧道縱軸平行和與隧道縱軸垂直。在這二者中，與隧道結(jié)構(gòu)周圍土層平行的變形稱為平行分量，其中既包括拉伸變形又包括壓縮變形，同時還會因變形而產(chǎn)生相應的拉應力與壓應力。與隧道縱軸垂直的分量通常會使其結(jié)構(gòu)四周的土層發(fā)生與隧道軸線平行或垂直方向上的對應變形。在此變形過程中，隧道也會因此產(chǎn)生撓曲應力。在對隧道縱向地震的反應效果進行評估時，必須綜合考慮平行和垂直兩個方向上的分量變形，并對因變形而產(chǎn)生的對應的拉應力、壓應力以及撓曲應力的數(shù)值進行仔細計算，從而為軌道交通抗震設計提供科學的數(shù)據(jù)基礎。

對時程成分析法的具體應用情況進行分析可以發(fā)現(xiàn)，其不但具有較高的計算精度，而且充分考慮到了非線性的問題，可以對土體進行非線性分析。正是因為時程分析法具有這兩大特點，其在具體使用過程中往往會涉及多方面的專業(yè)知識以及操作技能，這也對使用者的個人素質(zhì)提出了更高的要求。相關(guān)使用者必須具有較高的專業(yè)素養(yǎng)，才能夠更好地發(fā)揮時程分析法的計算效果。同時，時程分析法在實際操作過程中也具有一定的復雜性。因此，這種方法只適用于一些具有特殊要求的計算情況，在日常設計計算中并不常見。但在城市軌道交通抗震設計方面，時程分析法主要用來計算一些地震結(jié)構(gòu)反應，特別是出現(xiàn)一些不能利用簡化的計算方法來得出相關(guān)計算結(jié)果時，可以使用時程分析法來達到靈活計算的目的。

3.2 地面結(jié)構(gòu)的設計方法

在進行地面結(jié)構(gòu)設計工作時，主要有兩種設計方法，分別是線性反應譜方法和彈塑性反應譜方法。線性反應譜方法在經(jīng)過幾十年的實際應用后，在計算方法以及基本理論方面都比較成熟，經(jīng)過幾十年的檢驗，該種方法被認為是一種既簡單又可靠的設計方法。與此同時，從實際的設計情況來看，大多數(shù)工程設計師對線性反應譜方法的熟悉度與認可度比較高，因此該種方法在地面結(jié)構(gòu)設計中的應用也比較廣泛，在相關(guān)人員選擇設計方法時，具有一定的優(yōu)先性。彈塑性反應譜方法主要是通過彈塑性效應來對彈塑性反應進行相關(guān)分析工作。對目前城市軌道交通的建設情況進行分析可以發(fā)現(xiàn)，一些比較簡單的梁式結(jié)構(gòu)被普遍應用于我國很多高架的區(qū)間結(jié)構(gòu)中，并且絕大多數(shù)的慣性質(zhì)量都來源于上部結(jié)構(gòu)，最終集中在墩頂。結(jié)合已經(jīng)推出的相關(guān)研究理論來看，在進行該類結(jié)構(gòu)的抗震設計工作時，通常只要完成第一振型的計算便能滿足相關(guān)要求。與此同時，在高級區(qū)間結(jié)構(gòu)中，其塑性鉸的發(fā)生部位大多位于墩頂和墩底，這會給開展識別工作和預先設計工作帶來一定便利。因此，彈塑性反應譜法可以應用于大多數(shù)高價區(qū)間結(jié)構(gòu)的抗震設計計算中。由此可見，在開展抗震設計規(guī)范的編寫工作時，應通過多方面渠道來進行資料收集，對國內(nèi)外的一些強震記錄進行全方位了解，然后再對收集到的相關(guān)資料進行整理與分析，從而得出不同場地環(huán)境和不同周期分區(qū)相應的減系數(shù)計算方法，得到與彈性反應譜大致相同的統(tǒng)計意義。與此同時，如果出現(xiàn)無論是線性反應譜法還是彈塑性反應譜法都無法對其進行設計計算的特殊情況，則應采用時程分析法對具體的抗震設計進行計算。

4 結(jié)束語

綜上所述，城市軌道交通作為我國現(xiàn)階段的重要交通工具，確保其結(jié)構(gòu)抗震安全對我國社會和經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。相關(guān)結(jié)構(gòu)設計人員應結(jié)合國內(nèi)外的抗震設計經(jīng)驗對我國現(xiàn)有的公路和鐵路結(jié)構(gòu)設計規(guī)范進行完善，從而使我國城市軌道交通結(jié)構(gòu)的抗震性得到顯著提升。