城市地下综合管廊结构的抗震设计研究

城市地下综合管廊结构的抗震设计研究

易锦

武汉市承远市政工程设计有限公司 湖北武汉430050

摘要：本文研究了城市地下综合管廊结构的抗震设计，分析了地震力对地下综合管廊的影响以及当前设计中的不足。通过探讨结构设计优化和先进抗震技术的应用，提出了提高管廊抗震性能的具体措施。研究表明，采用提高结构刚度和柔性平衡的设计策略，以及基础隔震技术和能量耗散装置等先进抗震技术，能够显著增强地下综合管廊的抗震能力。本文旨在为城市地下综合管廊的抗震设计提供理论依据和实践指导，提升城市基础设施的安全性和可靠性。

关键词：城市地下综合管廊；抗震设计；结构安全；地震力

随着城市化进程的加速，地下综合管廊作为现代化市政基础设施的重要组成部分，得到了广泛应用。地下综合管廊不仅能有效整合各种市政管线，优化城市空间利用，还能提升城市的整体美观和管理效率。然而，地震对地下综合管廊的安全构成了严重威胁。地震力的作用可能导致管廊结构的破坏，进而影响城市的正常运行。因此，研究如何提高地下综合管廊的抗震能力，成为当前城市规划和建设中的重要课题。本文通过分析地震力对地下综合管廊的影响，探讨现有设计中的不足，提出优化设计策略和先进抗震技术应用，旨在为地下综合管廊的抗震设计提供理论支持和实践指导，从而提升城市抗震防灾能力，保障城市基础设施的安全稳定运行。

1、地下综合管廊抗震设计中的问题分析

1.1 地震力对地下综合管廊的影响

地震力是由地震引发的地面运动所产生的力量，具有瞬间爆发性和随机性，对地下结构产生巨大影响。地震力作用在地下综合管廊上，会引起一系列复杂的动力响应。由于地下管廊埋藏在地表以下，地震波通过地层传递至管廊结构，可能导致不同方向的剪切应力和压应力。这些应力在一定条件下会引起管廊结构的变形和损坏。例如，在强震作用下，管廊结构可能发生开裂、位移甚至坍塌。此外，地震力还可能导致土体液化，进一步加剧地下综合管廊的破坏。因此，深入理解地震力的特性及其对地下结构的作用机制，是进行有效抗震设计的基础。

1.2 当前设计中的不足

尽管现有的设计规范和标准对地下综合管廊的抗震设计提出了一些要求，但在实际应用中仍存在诸多局限性和不足。例如，许多规范和标准缺乏对地震力复杂特性的详细描述，无法全面指导设计实践。此外，现有的抗震设计方法多基于经验，缺乏系统性和科学性。在实际工程中，常见的抗震设计问题包括：未能充分考虑地震力对结构的全方位影响，导致设计方案不完善；使用的材料和施工工艺未能达到抗震要求，导致结构易受损；缺乏有效的抗震加固措施，使得管廊在地震中的抗震性能不达标。这些问题和缺陷暴露出当前设计在抗震方面的不足，需要通过改进设计规范和采用先进技术来解决。

2、地下综合管廊的抗震设计措施

2.1 结构设计优化

在地下综合管廊的抗震设计中，优化结构设计是提高其抗震性能的关键措施。提高结构刚度和柔性平衡是其中一项重要策略。通过合理设计管廊的结构刚度，可以增强其抵抗地震力的能力，减少震动对结构的破坏。同时，保持结构的柔性平衡，能够使管廊在地震力作用下具有一定的变形能力，避免刚性结构在强震中发生脆性破坏。实际设计中，可以采用框架结构与剪力墙相结合的形式，既提高刚度，又保持一定的柔性，从而在地震中更好地发挥抗震效果。采用新型抗震材料和结构形式也是优化结构设计的重要手段。现代材料科学的发展，为抗震设计提供了更多选择。例如，使用高强度钢筋混凝土和复合材料，可以显著提高结构的抗震性能。此外，采用预应力混凝土结构，不仅能提高结构的承载力，还能在地震作用下保持较好的变形能力。创新的结构形式，如蜂窝状和网格状结构，能够更均匀地分散地震力，减少局部应力集中，从而提高结构的整体抗震能力。

2.2 先进抗震技术的应用

引入和应用先进的抗震技术，是提升地下综合管廊抗震性能的有效途径。基础隔震技术是近年来广泛应用的一种抗震措施，通过在结构基础与上部结构之间设置隔震层，可以显著降低地震力传递到结构上的强度。隔震层通常采用橡胶支座、滑动支座等材料，能够吸收和耗散地震能量，使上部结构在地震作用下保持相对稳定。例如，日本在一些高层建筑和桥梁中广泛应用基础隔震技术，取得了显著的抗震效果。能量耗散装置在管廊结构中的应用，同样是提升抗震性能的重要手段。能量耗散装置通过吸收和耗散地震能量，减少结构本身的震动和损坏。常见的能量耗散装置包括阻尼器、屈曲约束支撑等，这些装置可以在地震过程中有效降低结构的振幅和应力水平。在地下综合管廊中安装这些装置，可以增强结构的抗震能力，使其在地震作用下更具韧性和稳定性。

3、抗震设计的实施与效果评估

3.1 抗震设计的实施步骤

在进行地下综合管廊的抗震设计时，明确的实施步骤和流程至关重要。首先，需要进行详细的地震风险评估，通过分析地震历史数据和地质条件，确定可能的地震力作用范围和强度。接下来，制定具体的抗震设计方案，涵盖结构设计优化、新型抗震材料的选择以及先进抗震技术的应用。在设计方案确定后，进行详细的结构计算和模拟分析，确保设计能够满足预期的抗震要求。在施工阶段，严格按照设计方案进行施工是确保抗震效果的关键。施工过程中，需要注意材料的质量控制和施工工艺的准确性，特别是在安装基础隔震装置和能量耗散装置时，必须确保其正确安装和调试。此外，施工现场应进行实时监测，及时发现并解决潜在问题，以保证施工质量和进度。完工后，还需进行全面的验收和检测，确保管廊结构达到设计的抗震性能指标。

3.2 抗震设计效果的评估方法

评估地下综合管廊的抗震设计效果，需要建立一套科学的评估指标和方法。抗震性能评估的主要指标包括结构的位移、应力分布、震后变形和裂缝情况等。通过结构健康监测系统，实时获取管廊在地震作用下的动态响应数据，进行分析和评估。此外，可以采用地震模拟实验，通过模拟实际地震条件，评估管廊结构的抗震能力和破坏模式。实际案例分析是评估抗震设计效果的重要手段。通过对已建成的地下综合管廊在实际地震中的表现进行分析，可以验证设计方案的有效性和可靠性。例如，对某地震中完好的地下综合管廊进行详细调查，分析其设计和施工特点，找到成功的经验和不足之处。通过这些案例研究，可以不断优化和改进抗震设计方案，提高未来项目的抗震性能。

4、结语

城市地下综合管廊结构的抗震设计是保障城市基础设施安全与稳定的关键环节。通过分析地震力对地下综合管廊的影响，发现现有设计中的不足，提出结构设计优化和先进抗震技术的应用策略，可以显著提升管廊的抗震性能。合理的结构设计提高了刚度和柔性平衡，采用新型抗震材料和结构形式进一步增强了抗震能力。同时，引入基础隔震技术和能量耗散装置等先进技术，为抗震设计提供了有力支持。实施过程中，需严格按照科学的设计流程和施工标准进行，确保工程质量。通过系统的抗震性能评估方法和实际案例分析，验证设计效果并不断优化。综上所述，城市地下综合管廊的抗震设计不仅提升了抗震能力，还为城市的安全和可持续发展提供了坚实基础，具有重要的理论和实践意义。

参考文献：

[1]吴敏.地下结构简化抗震设计方法在综合管廊中的对比研究[J].中国市政工程,2018,(04):77-79+84+112.

[2]刘喜坤.地震荷载作用下大跨城市地下综合管廊抗震性能分析[D].石家庄铁道大学,2022.

[3]金宇航.城市地下综合管廊特殊节段地震响应分析[D].中国地震局工程力学研究所,2022.

[4]吴东浩.地下综合管廊地震响应及影响因素分析研究[J].铁道建筑技术,2021,(12):11-14+44.

[5]王慧聪.城市地下综合管廊工程勘察技术与支护设计方法[D].燕山大学,2019.