城市軌道交通結構抗震設計規范技術要點

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現階段，我國城市軌道交通建設領域的規模正在日益擴大，這在一定程度上對我國交通事業發展起到了促進作用。雖然我國的城市軌道交通工程已經具有較高的質量，但在發生地震災害時，一些軌道的結構還是遭到了嚴重破壞，而城市軌道交通結構抗震設計不規范是造成這一現象的主要原因。因此，相關設計者應嚴格按照城市軌道交通結構抗震設計規范的技術要點進行設計，防止城市軌道交通結構遭到地震破壞。

1 編寫規范的重要性

編寫規范能夠對城市軌道交通結構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構抗震設計方面缺少專用規范。結合已完成的城市軌道交通結構抗震設計情況以及應用情況來看，在進行軌道高架結構設計工作時，通常會參考一些鐵路橋梁與公路的抗震設計的理論與規范，并采用適當的方法來完成相關設計工作。相對而言，在開展地面或地下結構的設計工作時，參考的是一系列建筑結構設計理論與規范。相關設計人員需要結合實際的設計情況選擇科學合理的鐵路、公路的抗震規范，如果只是依據自身經驗來選擇相關規范，就可能會使所選規范與實際設計要求不符，使設計的抗震能力不在一個統一的水平線上。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構上具有一定的特殊性，具體表現在軌道交通的結構形式、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 抗震設計規范的發展趨勢

經過多年的應用，以性能設計為基礎的設計理念已經獲得了普遍認可，并得到了廣泛應用。因此，相關的結構設計標準也正在由描述性向以性能設計為基礎的規范方向轉變。就目前的整體情況來看，那些已經在工程設計中得到廣泛應用的設計規范普遍具有一個相同的特點，即將實踐作為主要的技術路線，并歸納之前的一些成功或失敗的經驗，在以后的設計中可以將這些經驗作為指導性文件，同時，依據相關經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范。另外，從實際使用情況中可以發現，這些描述性規范中存在一些問題，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定，從而導致在更改相關規范的過程中常常會涉及一些難以變動的強制性的規定。這會對相關設計者產生一定的制約作用，阻礙其充分發揮設計的主動性和創新性。與此同時，描述性規范中通常不包含一些非常規的結構設計，因此其適用范圍相對較小。相對建設方而言，其在使用描述性規范時缺少足夠的選擇空間，以至于在進行一些關于抵抗自然災害的結構設計時，描述性規范與其不相適應，這也會給設計者的設計工作帶來一定的復雜性。

20世紀60年代開始出現以性能設計為基礎的工程結構設計理念，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，出現了幾次破壞性較強的地震現象，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構設計理念，關注其實際應用情況。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范向基于性能設計的規范推進。在我國，抗震設計規范也有著漫長的發展歷程。2004年我國推出了《建筑工程抗震性態設計通則》，這一規范在推動我國基于性能工程結構抗震設計規范發展方面發揮了重要作用。除此之外，基礎性能抗震設計相關規范已經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技術標準文件，其大多以基于性能抗震設計規范為主。由此可見，基于性能的工程結構設計規范在很多國家都已經獲得了明顯的應用效果。我國也應對城市軌道交通結構抗震設計規范編寫工作給予足夠重視，同時結合當下時代發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，提高相關工程的抗震指數。

3 設計規范技術要點分析

3.1 地下結構的設計方法

在開展地下車站或者是一些區間隧道的設計工作時，通常會根據其自身結構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生時四周的土層變形程度作為地震荷載判斷依據，其對于地震發生時的地下結構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反應給地基彈簧剛度計算帶來誤差，提高計算結果的精準性，保障地下結構設計的穩定性。

在圍繞隧道縱向地震反應面的設計問題開展相關工作時，比較常用的方法是反應位移法。其使用依據主要是城市軌道交通結構設計的相關規范。在隧道發生地震現象時，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，與隧道結構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構四周的土層發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，并對因變形而產生的對應的拉應力、壓應力以及撓曲應力的數值進行仔細計算，從而為軌道交通抗震設計提供科學的數據基礎。

對時程成分析法的具體應用情況進行分析可以發現，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知識以及操作技能，這也對使用者的個人素質提出了更高的要求。相關使用者必須具有較高的專業素養，才能夠更好地發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構反應，特別是出現一些不能利用簡化的計算方法來得出相關計算結果時，可以使用時程分析法來達到靈活計算的目的。

3.2 地面結構的設計方法

在進行地面結構設計工作時，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構設計中的應用也比較廣泛，在相關人員選擇設計方法時，具有一定的優先性。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現，一些比較簡單的梁式結構被普遍應用于我國很多高架的區間結構中，并且絕大多數的慣性質量都來源于上部結構，最終集中在墩頂。結合已經推出的相關研究理論來看，在進行該類結構的抗震設計工作時，通常只要完成第一振型的計算便能滿足相關要求。與此同時，在高級區間結構中，其塑性鉸的發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高價區間結構的抗震設計計算中。由此可見，在開展抗震設計規范的編寫工作時，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資料進行整理與分析，從而得出不同場地環境和不同周期分區相應的減系數計算方法，得到與彈性反應譜大致相同的統計意義。與此同時，如果出現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 結束語

綜上所述，城市軌道交通作為我國現階段的重要交通工具，確保其結構抗震安全對我國社會和經濟發展具有重要意義。相關結構設計人員應結合國內外的抗震設計經驗對我國現有的公路和鐵路結構設計規范進行完善，從而使我國城市軌道交通結構的抗震性得到顯著提升。