120m長的高架車站溫度影響程度分析

周 歡，趙宏強

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都610031)

1 工程概況

重慶軌道交通3號線二期工程高架車站除兩個“站橋分離”的車站外，其余均為為“站橋合一”的鋼筋混凝土結構。橫向單榀結構有獨柱的“T”字形或“干”字形、“Π”字形和“M”字形。

“站橋合一”高架車站總長120m，未設置變形縫，需對車站進行溫度影響分析。本文以“干”字形高架車站為例，通過研究溫度荷載對車站縱向構件內力影響，得出高架車站未設置變形縫時，在溫度荷載作用下縱向鋼筋的變化規律。

2 設計條件

2.1 工程地質

沿線表層主要為因人類工程活動人工填土，下伏基巖為侏羅系陸相沉積巖層，主要巖性可劃分為砂巖、砂質泥巖等，以砂質泥巖為主。

2.2 氣象

氣溫:多年平均氣溫18.3℃，月平均最高氣溫是8月為28.1℃，月平均最低氣溫在1月為5.7℃。極端最高氣溫43℃(出現日期:2006年8月15日);極端最低氣溫－1.8℃(出現日期:1955年1月11日)。

2.3 地震效應

根據《建筑抗震設計規范》(GB 50011－2001)，擬建場地抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05 g。建筑場地類別大部分為I和II類，設計特征周期0.35 s。

2.4 設計標準

(1)工程主體結構設計的使用年限為100年。

(2)結構安全等級為一級。

(3)地震基本烈度為6度，抗震設防分類為乙類，抗震構造措施II類場地按提高一度采用;獨柱墩車站除經開園站外，抗震等級均為二級;其他車站抗震等級為三級。

(4)建筑場地土類別:本例為II類。

(5)鋼筋混凝土結構構件裂縫寬度限值:0.3mm。車站橋梁結構構件裂縫寬度限值:0.2mm。

3 模型及荷載施加

3.1 模型建立

以獨柱的“T”字形或“干”字形墩車站為例，橋梁縱向跨徑15×8=120m，寬度20.95m，站廳層及站臺板下夾層設置7根縱向梁，頂層為側式站臺層。采用MIDASGEN建模(圖1～圖5)，用梁單元來模擬結構梁柱，站廳層、站臺板下夾層以及站臺層板采用板單元來模擬，模型中模擬了樓梯、電扶梯以及電梯孔洞。墩底邊界條件采用一般支撐，結構設置了2道后澆帶。

圖1 車站三維模型

圖2 站廳層平面

圖3 站臺板下夾層平面

圖4 站臺層平面

“站橋合一”結構體系中，軌道梁、支承軌道梁的橫梁、支承橫梁的柱等構件及基礎，按現行鐵路橋涵設計規范進行結構設計，除上述構件外的其余構件，均按現行建筑結構設計規范進行結構設計。

3.2 載施加及施工階段劃分

結構作用荷載包括結構自重、樓面設備荷載、樓面人群荷載以及列車荷載;列車荷載按兩列對稱布置(僅橫向搖擺力不同);蓋梁布置預應力筋。根據當地的氣象溫度資料，在后澆帶的合攏溫度15℃ ～20℃條件下，主體結構溫度荷載按±20℃計算(采用封閉外墻裝飾)。

結構計算分7個施工階段:施工一層墩柱——施工站廳層樓面并張拉預應力筋——拆站廳層模板——施工站廳層至站臺板下夾層墩柱——施工站臺板下層并張拉預應力筋——拆站臺板下層模板——封閉各層后澆帶。

圖5 車站典型橫斷面

4 結果及分析

為了對比溫度荷載對縱向配筋的影響，通過對溫度作用影響與無溫度作用工況，以及站臺層設兩道變形縫與不設變形縫的模型計算結果進行對比分析。

4.1 溫度對縱向梁的影響

以站臺板下夾層C軸縱梁為例，表1、表2列出了溫度荷載內力包絡內力及配筋與無溫度荷載的縱向構件內力及配筋。無溫度荷載作用采用PKPM計算結果。

表1 梁彎矩計算結果對比

表2 梁縱向配筋結果對比

由表1、表2可知，在車站兩端頭的1～3軸，6～9軸，溫度荷載對車站結構縱向配筋的影響是最明顯的，在車站中間的3～6軸，其有無溫度荷載對結構縱向配筋的影響基本不大。由于車站橋結構的剛度大，限制了結構的縱向變形，形成溫度應力兩端大、中間小的規律。

4.2 溫度對站臺板配筋的影響

以站臺板下夾層為例，表3、表4列出了有無溫度荷載作用時的板配筋的影響。

表3 板縱向彎矩對比

表4 板縱向配筋對比

由表4可以看出:溫度荷載對板配筋的影響有一定的影響，但不是很明顯，基本控制在5%之內，與梁規律一致，也是兩端影響大于中部。

5 結論

通過對長度為120m高架車站的溫度荷載作用對縱向結構配筋的影響結果進行對比分析，可以得出以下結論。

(1)縱向結構配筋，特別是縱向梁受溫度荷載影響較大，有溫度荷載作用的配筋要比無溫度荷載作用時的配筋增大約40%。局部范圍增加的更多。

(2)縱向梁配筋受溫度荷載的作用，兩端頭影響大，中間小，兩端頭向中間逐步遞減。

(3)站臺板在溫度影響下發生翹曲，設置了兩道變形縫。

綜上所述，車站結構計入溫度荷載的影響，避免了在車站中部設置雙柱及變形縫，既有利于站廳層使用的美觀，也減少了結構的邊跨效應。目前該車站已竣工驗收、投入運營，使用效果良好。