桥建合一高架车站结构抗震分析探讨

2016-11-25李文斌

城市道桥与防洪 2016年2期

关键词：建桥高架设计规范

李文斌，李鸿

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

桥建合一高架车站结构抗震分析探讨

李文斌，李鸿

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

对城市轨道交通“建桥合一”高架车站结构如何利用桥梁设计软件和建筑设计软件进行抗震分析，作了较为全面的分析和介绍。结合宁波某高架车站，就其结构计算模型及结果分析进行了探讨，并提出了抗震设计中应注意的问题。

城市轨道交通；建桥合一；高架车站；抗震分析

0　引　言

随着轨道交通向郊区延伸，当前城市轨道交通建设出现了线路高架化趋势，使高架车站应运而生。高架车站的主要型式有“建桥合一”和“建桥分离”两种。“建桥合一”结构型式又分为轨道梁刚接式“建桥合一”和轨道梁铰接式“建桥合一”。由于轨道梁刚接式“建桥合一”结构体系在降低结构高度、稳定性较好和提高结构整体性的明显优势，已经成为越来越多被采用的车站型式，并有成为主流站型的趋势。

相比传统的民用框架结构，“建桥合一”的纵横框架体系受力复杂，兼具桥梁和民用建筑的两种受力方式。它是桥梁和房建融汇在一起的结构体系。轨道梁、上盖梁、墩柱形成桥跨结构体系，其传力模式仍然类似传统的桥梁结构，即轨道梁→盖梁→墩柱→桩基。当运营结束或没有列车通过时又是典型的民用建筑结构。

随着《城市轨道交通结构抗震设计规范》[1]

2014年12月1日开始实施，高架车站的抗震设计有了可明确遵照执行的具体设计规范。但是由于“建桥合一”特点，目前尚未有一种计算机分析软件能单独完成“建桥合一”高架车站结构的抗震设计。现以宁波城市轨道交通某轨道梁刚接式“建桥合一”的高架为例，对“建桥合一”高架车站结构抗震设计进行探讨。

1　桥建合一结构设计概况

高架车站一般通过设双排或单排墩柱将站厅层、站台层架起，形成墩柱、横梁等桥梁结构类构件和站厅层、站台层的建筑结构类梁板结构整体浇注为一体的空间结构。针对这种桥建合一的结构型式抗震分析，《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）对抗震计算已有了明确的规定。

2　计算理论

目前我国铁路桥梁设计采用容许应力法，建筑结构设计采用极限状态法。容许应力法以线弹性理论为基础，以构件危险截面的某一点或某一局部的计算应力小于或等于材料的容许应力为准则。按照铁路规范进行抗震设计时，应计入安全系数和容许应力修正系数。

极限状态法按照各种结构的特点和使用要求，给出极限状态方程和具体的限值，作为结构设计的依据。按照建筑规范进行抗震设计时，应计入材料分项系数、荷载分项系数、结构重要性系数、内力调整系数等。

3　计算模型

3.1基本资料

宁波轨道交通某高架车站路中三层岛式车站为轨道梁刚接的“桥建合一”结构，车站主体长120 m，主体总宽19 m。纵向柱距12 m，所有桥墩基础均采用钻孔灌注桩基础。结构采用双柱单跨双悬臂结构。地面一层为架空层，站厅层、站台层采用钢筋混凝土梁板结构。站址处抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，场地类别按工程场地地震安全性评价报告判别为Ⅲ类、建筑抗震一般场地、无地震液化问题。车站结构设计使用年限为100 a，结构安全等级为一级，结构重要性系数为1.1。站址处地震参数见表1，高架站典型横断面见图1。

表1　地震动参数取值

图1　高架站典型横断面（单位：mm）

3.2主要参数及模型

由于尚未有一种软件同时支持建筑抗震设计规范和铁路工程抗震设计规范，现只能分别选取基于《建筑抗震设计规范》[2]（GB50011-2010）和《铁路工程抗震设计规范》[3]（GB50111-2006）的软件。

高架车站计算模型（右塔）见图2。

图2　高架站Midas-civil模型

由于建桥合一高架车站结构兼受民建荷载及铁路荷载，另外本车站为大悬臂结构及转换结构，抗震设计中考虑采用多种软件进行分析对比。

结构抗震设计采用Midas-Civil V2012软件进行抗震性能分析。在同样输入条件下，另采用Midas-Gen2013进行抗震性能分析，将Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013两种基于不同规范的同系列软件的分析结果进行对比验证分析；在同样输入条件下，采用PKPM-SATWE（壳元墙元模型）（2010版）》进行抗震性能分析，将PKPM-SATWE和Midas-Gen2013两种基于相同规范的不同系列软件的分析结果进行对比验证分析。

3.2.1基于不同规范的同系列软件的对比

Midas-Civil V2012和Midas-Gen2013前三阶车站结构动力特性对比见图3。