段熙賓

摘 要：新建鐵路站房較多采用混凝土框架加折線形鋼網(wǎng)架屋蓋的混合結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合某新建的大跨度站房，采用SAP2000軟件對(duì)混凝土框架加鋼網(wǎng)架屋蓋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析，利用反應(yīng)譜分析和時(shí)程分析方法研究了此混合結(jié)構(gòu)的抗震性能，兩種方法的計(jì)算結(jié)果基本一致。研究表明該結(jié)構(gòu)體系合理，抗震性能良好，研究結(jié)果可為其他鐵路站房的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路客站 混合結(jié)構(gòu) 動(dòng)力分析 抗震性能

中圖分類號(hào)：TU352.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）005-011-04

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)鐵路進(jìn)入一個(gè)快速高量的建設(shè)期，按照國(guó)家計(jì)劃，到目前為止，全國(guó)待建火車站還有800余座，其中大部分為中小型站房。我國(guó)中小型鐵路客站無(wú)論是在設(shè)計(jì)理論上還是在實(shí)際建設(shè)經(jīng)驗(yàn)上起步比較晚，都還處于初級(jí)階段。所以，有必要對(duì)中小型站房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)某中型鐵路客站主站房結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行研究，可為其他類似工程提供參考。

2 工程概況

2.1 荷載信息

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的規(guī)定，以及設(shè)計(jì)圖紙相關(guān)說(shuō)明取值如下：

上弦活荷載：標(biāo)準(zhǔn)值取為0.5kN/m2。

雪荷載：計(jì)算取基本雪壓為0.15kN/m2。

地震作用：本工程所在地區(qū)的地震基本烈度為7度，抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，反應(yīng)譜特征周期0.40s，建筑場(chǎng)地土類別Ⅱ類。

3 自振特性分析

整理分析以上結(jié)果可以看出：

（1）結(jié)構(gòu)第一階振型周期為0.876s，主振型模態(tài)為Y方向平動(dòng)，無(wú)扭轉(zhuǎn)；第二階振型為X方向平動(dòng)振型，略帶扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；第三階振型為扭轉(zhuǎn)振型，略帶X方向的平動(dòng)。同時(shí)結(jié)構(gòu)質(zhì)量參與主要在低階振型，高階振型影響較小，結(jié)構(gòu)整體剛度較均勻，基本對(duì)稱，沒有出現(xiàn)特別明顯的剛度分布較弱的地方。

（2）結(jié)構(gòu)UX、UY向質(zhì)量參與比分別累加至前九十二階振型才達(dá)到90%以上，這是由于下部混凝土框架結(jié)構(gòu)二層樓板站臺(tái)入口部分大面積開洞，使得這些部位的局部振動(dòng)極易被激發(fā)，導(dǎo)致只有局部的構(gòu)件參與其中，其參與的質(zhì)量也只能是與這些構(gòu)件有關(guān)的質(zhì)量。UZ方向平動(dòng)質(zhì)量參與系數(shù)，前幾階振型幾乎都是零，結(jié)構(gòu)在第四和第六周期出現(xiàn)豎向振動(dòng)，但質(zhì)量參與系數(shù)較小，說(shuō)明UZ方向的動(dòng)力效應(yīng)對(duì)整體結(jié)構(gòu)影響較小。

4 結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜分析

采用SAP2000計(jì)算程序?qū)υ摽臻g結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的抗震性能計(jì)算。分析時(shí)分別采用振型分解反應(yīng)譜法和彈性時(shí)程分析法進(jìn)行。

采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行計(jì)算，僅考慮單向的地震輸入和雙向的水平地震輸入。整理得到的結(jié)構(gòu)最大基底反力，最大軸力，最大位移見表2，表3和表4。

由表2～表4可以看出：?jiǎn)蜗虻卣鹱饔脙H對(duì)地震輸入方向下的結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)影響較大，而水平雙向地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)雙向地震響應(yīng)影響均較大。具體而言：水平雙向地震作用下結(jié)構(gòu)基底反力，比主方向單向地震作用下略大，最大相差1.9%；水平雙向地震作用下結(jié)構(gòu)最大位移，與主方向單向地震作用下位移基本相同；水平雙向地震作用下屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大軸力，比主方向單向地震作用下約提高15%左右。

5 結(jié)構(gòu)時(shí)程分析

充分考慮地震波三要素頻譜、持時(shí)和峰值，選出與場(chǎng)地特征值周期及結(jié)構(gòu)自振周期相適應(yīng)的兩組強(qiáng)震地震波及一組人工波進(jìn)行計(jì)算分析。本次分析所選取地震波為：1940年美國(guó)EL-Centro（簡(jiǎn)寫EL），峰值加速度為341.4cm/s2；1976年唐山大地震記錄（簡(jiǎn)寫TS），峰值加速度為55.49cm/s2；人工數(shù)據(jù)模擬地震波（簡(jiǎn)寫RGB），峰值加速度為343.35cm/s2。為了保證多條時(shí)程曲線的平均地震影響系數(shù)與振型分解反應(yīng)譜法所采取的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義相符，應(yīng)根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求進(jìn)行調(diào)幅，所選地震波周期持時(shí)滿足結(jié)構(gòu)基本周期5～10倍的要求。

三組地震波中，EL波單向和多向作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的基底剪力均最大，X向和Y向單獨(dú)輸入時(shí)基底剪力均大于反應(yīng)譜結(jié)果，與反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的比值分別是105.4%和121.1%；雙向水平輸入時(shí)基底剪力也均大于反應(yīng)譜結(jié)果，與反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的比值分別是104.6%和124.0%。這滿足規(guī)范的相關(guān)要求。

三組地震波中，RGB波作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的位移變形最大，最大正位移X向?yàn)?3.36mm，Y向?yàn)?5.65mm，Z向?yàn)?.63mm，分別是反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的91.2%、70.4%、148.4%。單向地震作用下時(shí)程分析結(jié)構(gòu)各向位移峰值的平均值均小于單向反應(yīng)譜分析所得的位移值。整體上各條地震波計(jì)算的最大位移和振型反應(yīng)譜計(jì)算的最大位移值還是比較接近，兩者變化規(guī)律基本相同。

三組地震波中，TS波作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的軸力最大，最大軸力分別為90.88kN、-88.15kN，分別是反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的173.1%、42.4%。由于每組地震波的特殊性以及結(jié)構(gòu)響應(yīng)的不同，時(shí)程分析法中EL-Centro波、TS波及人工波計(jì)算的結(jié)果不盡相同，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意合理選用分析結(jié)果。

總體上時(shí)程分析和振型反應(yīng)譜分析的各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果都比較接近，而時(shí)程分析方法更貼近現(xiàn)實(shí)情況，故應(yīng)按照時(shí)程分析的結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件校核，確保地震作用下構(gòu)件滿足承載力要求。

6 結(jié)論

以某鐵路客站主站房屋蓋結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，采用SAP2000有限元軟件對(duì)抗震性能進(jìn)行研究，并得到相關(guān)結(jié)論。

對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)主振型模態(tài)為Y方向平動(dòng)，沒有出現(xiàn)明顯的平扭耦聯(lián)效應(yīng)，整體剛度較均勻，基本對(duì)稱，沒有出現(xiàn)特別明顯的剛度分布較弱的地方。

對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震分析，發(fā)現(xiàn)時(shí)程分析和振型反應(yīng)譜分析的各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果都比較接近，該站房結(jié)構(gòu)豎向剛度大，空間整體性良好。

本文分析方法，對(duì)其他鐵路站房的結(jié)構(gòu)分析，有參考意義。

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