胡 寧 陳麗軍 李 運(yùn) 文小和 劉 璐

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 武漢 430023）

1 工程概況

某軌道交通工程地鐵車站為高架3層車站，采用“建、橋”合一的結(jié)構(gòu)體系，一層為地面層，二層為站廳層，三層為站臺(tái)層.車站主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，一層采用雙墩柱加蓋梁結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用柱下承臺(tái)樁基礎(chǔ)方案［1－2］.車站總高約23.68m.車站有效站臺(tái)總長151m，凈寬10.8m.車站結(jié)構(gòu)布置示意見圖1.

圖1 某地鐵高架車站布置示意圖（單位：m）

根據(jù)文獻(xiàn)［3］，本高架車站工程抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組.為了掌握該地鐵高架車站在地震作用下的受力情況，并檢驗(yàn)其在場地的安評(píng)地震波作用下是否達(dá)到其抗震性能目標(biāo)，本文對(duì)其進(jìn)行了罕遇地震作用下地震分析.

2 高架車站結(jié)構(gòu)有限元分析模型

采用橋梁分析專用軟件 MIDAS／Civil建立地鐵高架車站有限元模型進(jìn)行抗震分析，建模時(shí)站廳層、站臺(tái)層采用板單元模擬，軌道梁、蓋梁、墩柱、承臺(tái)、樁基均采用空間梁單元來模擬，為分析結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的非線性時(shí)程位移，對(duì)墩柱頂?shù)撞坎捎美w維梁單元進(jìn)行模擬，同時(shí)對(duì)樁基邊界可由“m”法計(jì)算出土彈簧剛度后采用節(jié)點(diǎn)彈性支撐來模擬樁－土效應(yīng).為了模擬結(jié)構(gòu)整體的地震響應(yīng)，計(jì)算以整體高架車站為對(duì)象，同時(shí)考慮兩側(cè)橋梁的影響以支座反力加在兩側(cè)邊蓋梁上.計(jì)算有限元模型見圖2.

圖2 車站有限元模型

3 罕遇地震下墩柱延性驗(yàn)算

根據(jù)文獻(xiàn)［3］中7.3.3條，在罕遇地震作用下應(yīng)進(jìn)行墩柱的延性比驗(yàn)算.本文對(duì)罕遇地震下地震作用采用非線性時(shí)程分析方法，將有限元模型中的墩柱頂?shù)撞坎捎美w維梁單元模擬，地震作用下的位移采用有限元模型計(jì)算安評(píng)地震波作用下墩頂最大位移.屈服位移采用Pushover計(jì)算出結(jié)構(gòu)順橋向或橫橋向受力最大鋼筋屈服時(shí)的墩頂位移.利用非線性時(shí)程分析方法計(jì)算出墩柱罕遇地震下位移，計(jì)算得墩柱延性比見表1～2.墩柱延性比小于4.8，滿足文獻(xiàn)［3］要求.

表1 順橋向墩柱延性比

由以上罕遇地震下計(jì)算結(jié)果可知，墩柱延性比均小于4.8，滿足規(guī)范要求，且墩柱罕遇地震下最大彎矩均小于相應(yīng)截面最不利軸力對(duì)應(yīng)的等效屈服彎矩，墩柱未進(jìn)入塑性工作范圍.

4 罕遇地震下能力保護(hù)構(gòu)件驗(yàn)算

為了降低罕遇地震下高架車站的修復(fù)難度，本文參考文獻(xiàn)［4］規(guī)定，提出在罕遇地震下，鋼筋混凝土墩柱作為延性構(gòu)件產(chǎn)生塑性變形耗散地震能量，而將蓋梁、基礎(chǔ)等采用能力保護(hù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證在罕遇地震下墩柱先于蓋梁、基礎(chǔ)等發(fā)生破壞［5－6］.

4.1 蓋梁的能力保護(hù)驗(yàn)算

由上述分析可知，蓋梁下方墩柱在罕遇地震作用下，墩柱彎矩未達(dá)到等效屈服彎矩，因此可按罕遇地震的地震力計(jì)算結(jié)果對(duì)蓋梁進(jìn)行能力保護(hù)驗(yàn)算，蓋梁的抗力強(qiáng)度計(jì)算取用材料的標(biāo)準(zhǔn)值［7－10］，見表3.

由表3可知，蓋梁的抗力強(qiáng)度大于蓋梁可能在罕遇地震中承受的最大、最小內(nèi)力，滿足能力保護(hù)要求.

4.2 承臺(tái)的能力保護(hù)驗(yàn)算

在罕遇地震作用下，現(xiàn)有配筋條件下的墩柱彎矩未達(dá)到等效屈服彎矩，可按地震波的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行承臺(tái)能力保護(hù)驗(yàn)算，抗力強(qiáng)度計(jì)算取用材料的標(biāo)準(zhǔn)值.由于篇幅限制本文僅列出最不利工況下承臺(tái)能力保護(hù)驗(yàn)算結(jié)果，見表4.

表2 橫橋向墩柱延性比

表3 罕遇地震下蓋梁能力保護(hù)驗(yàn)算結(jié)果

表4 罕遇地震下承臺(tái)能力保護(hù)驗(yàn)算結(jié)果 kN

由表4可知，承臺(tái)的抗力強(qiáng)度大于承臺(tái)可能在罕遇地震中承受的最不利內(nèi)力，滿足能力保護(hù)要求.

4.3 樁基的能力保護(hù)驗(yàn)算

在罕遇地震作用下，墩柱彎矩未達(dá)到等效屈服彎矩，承臺(tái)滿足能力保護(hù)設(shè)計(jì)要求，因此樁基可按地震波的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行能力保護(hù)驗(yàn)算，抗力強(qiáng)度計(jì)算取用材料的標(biāo)準(zhǔn)值.

樁基取最不利工況進(jìn)行能力保護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算，結(jié)果見表5.

表5 罕遇地震下樁基能力保護(hù)驗(yàn)算結(jié)果

由表5可知，樁基的抗力強(qiáng)度大于其可能在罕遇地震中承受的最不利內(nèi)力，滿足能力保護(hù)要求.

5 結(jié) 論

針對(duì)本高架地鐵車站建立的整體結(jié)構(gòu)有限元模型，通過對(duì)該車站進(jìn)行的罕遇地震作用下的非線性時(shí)程分析及相應(yīng)構(gòu)件的能力保護(hù)驗(yàn)算，得到結(jié)論如下.

1）在罕遇地震作用下，該地鐵高架車站墩柱延性比均小于4.8，滿足規(guī)范要求；且墩柱罕遇地震下最大彎矩均小于相應(yīng)截面最不利軸力對(duì)應(yīng)的等效屈服彎矩，墩柱未進(jìn)入塑性工作范圍.

2）為了降低罕遇地震下高架車站的修復(fù)難度，本文參考城市橋梁抗震設(shè)計(jì)概念，提出在罕遇地震下，將鋼筋混凝土墩柱作為延性構(gòu)件產(chǎn)生塑性變形耗散地震能量，而將車站蓋梁、承臺(tái)及樁基礎(chǔ)等采用能力保護(hù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其在罕遇地震下處于彈性狀態(tài)，保證了罕遇地震下墩柱先于蓋梁、承臺(tái)、樁基等發(fā)生破壞從而為震后及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)車站結(jié)構(gòu)創(chuàng)造有利條件.

［1］克拉夫.結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)［M］.彭 津，王光遠(yuǎn)，譯.北京：高等教育出版社，2006.

［2］謝 旭.橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析與抗震設(shè)計(jì)［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.GB 50111－2006鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

［4］中華人民共和國建設(shè)部.CJJ 166－2011城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［5］中華人民共和國建設(shè)部.GB50157－2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

［6］中華人民共和國建設(shè)部.TB10002.1－2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［7］中華人民共和國建設(shè)部.TB10002.3－2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［8］中華人民共和國建設(shè)部.TB10002.5－2005鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［9］中華人民共和國建設(shè)部.JTG D62－2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［10］武漢地震工程研究院有限公司.武漢市軌道交通機(jī)場線工程場地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告［R］.武漢：武漢地震工程研究院有限公司，2014.