橋建合一高架車站結(jié)構(gòu)抗震分析探討

李文斌，李 鴻

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

橋建合一高架車站結(jié)構(gòu)抗震分析探討

李文斌，李 鴻

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

對(duì)城市軌道交通“建橋合一”高架車站結(jié)構(gòu)如何利用橋梁設(shè)計(jì)軟件和建筑設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行抗震分析，作了較為全面的分析和介紹。結(jié)合寧波某高架車站，就其結(jié)構(gòu)計(jì)算模型及結(jié)果分析進(jìn)行了探討，并提出了抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。

城市軌道交通；建橋合一；高架車站；抗震分析

0　引　言

隨著軌道交通向郊區(qū)延伸，當(dāng)前城市軌道交通建設(shè)出現(xiàn)了線路高架化趨勢(shì)，使高架車站應(yīng)運(yùn)而生。高架車站的主要型式有“建橋合一”和“建橋分離”兩種。“建橋合一”結(jié)構(gòu)型式又分為軌道梁剛接式“建橋合一”和軌道梁鉸接式“建橋合一”。由于軌道梁剛接式“建橋合一”結(jié)構(gòu)體系在降低結(jié)構(gòu)高度、穩(wěn)定性較好和提高結(jié)構(gòu)整體性的明顯優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為越來越多被采用的車站型式，并有成為主流站型的趨勢(shì)。

相比傳統(tǒng)的民用框架結(jié)構(gòu)，“建橋合一”的縱橫框架體系受力復(fù)雜，兼具橋梁和民用建筑的兩種受力方式。它是橋梁和房建融匯在一起的結(jié)構(gòu)體系。軌道梁、上蓋梁、墩柱形成橋跨結(jié)構(gòu)體系，其傳力模式仍然類似傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)，即軌道梁→蓋梁→墩柱→樁基。當(dāng)運(yùn)營(yíng)結(jié)束或沒有列車通過時(shí)又是典型的民用建筑結(jié)構(gòu)。

隨著《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]

2014年12月1日開始實(shí)施，高架車站的抗震設(shè)計(jì)有了可明確遵照?qǐng)?zhí)行的具體設(shè)計(jì)規(guī)范。但是由于“建橋合一”特點(diǎn)，目前尚未有一種計(jì)算機(jī)分析軟件能單獨(dú)完成“建橋合一”高架車站結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。現(xiàn)以寧波城市軌道交通某軌道梁剛接式“建橋合一”的高架為例，對(duì)“建橋合一”高架車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1　橋建合一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

高架車站一般通過設(shè)雙排或單排墩柱將站廳層、站臺(tái)層架起，形成墩柱、橫梁等橋梁結(jié)構(gòu)類構(gòu)件和站廳層、站臺(tái)層的建筑結(jié)構(gòu)類梁板結(jié)構(gòu)整體澆注為一體的空間結(jié)構(gòu)。針對(duì)這種橋建合一的結(jié)構(gòu)型式抗震分析，《城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50909-2014）對(duì)抗震計(jì)算已有了明確的規(guī)定。

2　計(jì)算理論

目前我國(guó)鐵路橋梁設(shè)計(jì)采用容許應(yīng)力法，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用極限狀態(tài)法。容許應(yīng)力法以線彈性理論為基礎(chǔ)，以構(gòu)件危險(xiǎn)截面的某一點(diǎn)或某一局部的計(jì)算應(yīng)力小于或等于材料的容許應(yīng)力為準(zhǔn)則。按照鐵路規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)計(jì)入安全系數(shù)和容許應(yīng)力修正系數(shù)。

極限狀態(tài)法按照各種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和使用要求，給出極限狀態(tài)方程和具體的限值，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。按照建筑規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)計(jì)入材料分項(xiàng)系數(shù)、荷載分項(xiàng)系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、內(nèi)力調(diào)整系數(shù)等。

3　計(jì)算模型

3.1基本資料

寧波軌道交通某高架車站路中三層島式車站為軌道梁剛接的“橋建合一”結(jié)構(gòu)，車站主體長(zhǎng)120 m，主體總寬19 m。縱向柱距12 m，所有橋墩基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)采用雙柱單跨雙懸臂結(jié)構(gòu)。地面一層為架空層，站廳層、站臺(tái)層采用鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。站址處抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別按工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告判別為Ⅲ類、建筑抗震一般場(chǎng)地、無地震液化問題。車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為100 a，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1。站址處地震參數(shù)見表1，高架站典型橫斷面見圖1。

表1　地震動(dòng)參數(shù)取值

圖1　高架站典型橫斷面（單位：mm）

3.2主要參數(shù)及模型

由于尚未有一種軟件同時(shí)支持建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，現(xiàn)只能分別選取基于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]（GB50011-2010）和《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]（GB50111-2006）的軟件。

高架車站計(jì)算模型（右塔）見圖2。

圖2　高架站Midas-civil模型

由于建橋合一高架車站結(jié)構(gòu)兼受民建荷載及鐵路荷載，另外本車站為大懸臂結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計(jì)中考慮采用多種軟件進(jìn)行分析對(duì)比。

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)采用Midas-Civil V2012軟件進(jìn)行抗震性能分析。在同樣輸入條件下，另采用Midas-Gen2013進(jìn)行抗震性能分析，將Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013兩種基于不同規(guī)范的同系列軟件的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證分析；在同樣輸入條件下，采用PKPM-SATWE（殼元墻元模型）（2010版）》進(jìn)行抗震性能分析，將PKPM-SATWE和Midas-Gen2013兩種基于相同規(guī)范的不同系列軟件的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證分析。

3.2.1基于不同規(guī)范的同系列軟件的對(duì)比

Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013前三階車站結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性對(duì)比見圖3。

圖3　Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013前三階結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性對(duì)比圖

多遇地震工況下Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013分析結(jié)果對(duì)比見表2。

表2　Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

兩個(gè)力學(xué)模型計(jì)算的總重量幾乎相等；前3階振型周期相近，動(dòng)力方向基本一致。兩個(gè)力學(xué)模型計(jì)算結(jié)果相近，可以認(rèn)為計(jì)算分析結(jié)果真實(shí)可靠。

3.2.2基于相同規(guī)范的不同系列軟件的對(duì)比

Midas-Gen2013和PKPM-SATWE前三階車站結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性對(duì)比見圖4。

圖4　Midas-Gen2013和PKPM-SATWE前三階結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性對(duì)比圖

多遇地震工況下PKPM-SATWE和Midas-Gen2013分析結(jié)果對(duì)比見表3。

兩個(gè)力學(xué)模型計(jì)算的總重量幾乎相等；前3階振型周期相近，動(dòng)力方向基本一致。

兩個(gè)力學(xué)模型計(jì)算結(jié)果相近，可以認(rèn)為計(jì)算分析結(jié)果真實(shí)可靠。

4　結(jié)語

針對(duì)寧波某建橋合一高架車站，采用多種結(jié)構(gòu)及橋梁分析軟件，分別進(jìn)行基于不同規(guī)范的同系列軟件和基于相同規(guī)范的不同系列軟件的抗震分析對(duì)比。計(jì)算結(jié)果顯示，各軟件對(duì)本高架車站結(jié)構(gòu)抗震分析均有較好的適用性。

由于建橋合一高架車站結(jié)構(gòu)兼受民建荷載及鐵路荷載，分別采用一種民建分析軟件和一種橋梁分析軟件進(jìn)行抗震分析為基本要求。建議針對(duì)路中大懸臂或轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)等不規(guī)則高架車站，分別進(jìn)行基于不同規(guī)范的同系列軟件和基于相同規(guī)范的不同系列軟件的抗震分析對(duì)比。

表3　PKPM-SATWE和Midas-Gen2013計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

U442.5+5

A

1009-7716（2016）02-0098-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.025

2015-11-04

李文斌（1983-），男，上海人，工程師，從事橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。