李文斌，李 鴻

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

對城市軌道交通“建橋合一”高架車站結(jié)構(gòu)如何利用橋梁設(shè)計軟件和建筑設(shè)計軟件進行抗震分析，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)計算模型及結(jié)果分析進行了探討，并提出了抗震設(shè)計中應(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，使高架車站應(yīng)運而生。高架車站的主要型式有“建橋合一”和“建橋分離”兩種?！敖蚝弦弧苯Y(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，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。

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)運營結(jié)束或沒有列車通過時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)計規(guī)范》[1]

2014年12月1日開始實施，高架車站的抗震設(shè)計有了可明確遵照執(zhí)行的具體設(shè)計規(guī)范。但是由于“建橋合一”特點，目前尚未有一種計算機分析軟件能單獨完成“建橋合一”高架車站結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。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“建橋合一”高架車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計進行探討。

1　橋建合一結(jié)構(gòu)設(shè)計概況

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)計規(guī)范》（GB50909-2014）對抗震計算已有了明確的規(guī)定。

2　計算理論

目前我國鐵路橋梁設(shè)計采用容許應(yīng)力法，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計采用極限狀態(tài)法。容許應(yīng)力法以線彈性理論為基礎(chǔ)，以構(gòu)件危險截面的某一點或某一局部的計算應(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)范進行抗震設(shè)計時，應(yīng)計入安全系數(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)計的依據(jù)。按照建筑規(guī)范進行抗震設(shè)計時，應(yīng)計入材料分項系數(shù)、荷載分項系數(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120 m，主體總寬19 m?？v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)計地震分組為第一組，場地類別按工程場地地震安全性評價報告判別為Ⅲ類、建筑抗震一般場地、無地震液化問題。車站結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為100 a，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，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支持建筑抗震設(shè)計規(guī)范和鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范，現(xiàn)只能分別選取基于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[2]（GB50011-2010）和《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》[3]（GB50111-2006）的軟件。

高架車站計算模型（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)計中考慮采用多種軟件進行分析對比。

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計采用Midas-Civil V2012軟件進行抗震性能分析。在同樣輸入條件下，另采用Midas-Gen2013進行抗震性能分析，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)果進行對比驗證分析；在同樣輸入條件下，采用PKPM-SATWE（殼元墻元模型）（2010版）》進行抗震性能分析，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)果進行對比驗證分析。

3.2.1基于不同規(guī)范的同系列軟件的對比

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

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

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

表2　Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013計算結(jié)果對比表

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

3.2.2基于相同規(guī)范的不同系列軟件的對比

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

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

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

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

兩個力學(xué)模型計算結(jié)果相近，可以認為計算分析結(jié)果真實可靠。

4　結(jié)語

針對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比。計算結(jié)果顯示，各軟件對本高架車站結(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行抗震分析為基本要求。建議針對路中大懸臂或轉(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比。

表3　PKPM-SATWE和Midas-Gen2013計算結(jié)果對比表

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)計工作。