轻轨铁路站桥整体结构的结构设计与抗震分析2
分析轨道交通工程地下车站结构抗震设计
分析轨道交通工程地下车站结构抗震设计摘要：当前交通拥堵问题已经成为制约我国进一步发展的主要影响因素之一，通过开展轨道交通工程能够有效的解决我国交通拥堵问题，但是在实际的轨道交通工程建设过程中如何提高轨道交通工程抗震能力是其设计的重要环节，本文探究轨道交通工程地下车站结构变形特点，通过抗震计方法的介绍，对轨道交通工程地下车站结构抗震设计提出以下改进的看法和建议。
关键词：轨道交通工程；地下车站；抗震设计引言自我国改革开放以来，我国进入到了发展的黄金时期，我国各行各业发展迅猛，进而随着我国社会生产能力水平的不断提升，我国交通承受的压力越来越大。
特别是对于城市而言，城市居住人口较多，如何能够更有效的利用地下资源，开通轨道交通工程成为城市发展的必然走向。
本文将从轨道交通工程设计中抗震设计入手，从多个方面分析如何提高轨道交通工程地下车站结构设计的设计质量。
1当前我国轨道交通工程地下车站抗震现状随着我国社会生产能力的不断提高，人们对于自身日常出行提出了更高的要求，当前现行的个人驾车出行或公交等方式的出行手段已经不能够满足人们的实际需求。
城市轨道交通的发展成为必然，随着城市轨道交通的不断发展，轨道交通工程地下车站结构发生了较大的变化，传统的跨度小、断面小的轨道交通工程地下车站结构已经逐渐失去其原有的优势，当前大跨度、高断面的结构已经成为轨道交通工程地下车站结构发展的主要走向之一，这也对轨道交通工程地下车站抗震能力提出了更为严格的要求。
当前我国在开展轨道交通工程地下车站抗震结构设计研究的过程中主要的研究方向与研究重点放在了基于标准断面的车站结构设计，在进行大跨度的地下车站研究过程中主要以矩形结构为研究的重点，虽然我国在对大跨度轨道交通工程地下车站抗震设计方面研究的速度较快并且已经取得了一定的成果，但是针对大型复杂的轨道交通工程地下车站结构设计的研究投入还有待提升。
2轨道交通工程地下车站结构在地震状态下变形的主要特点随着我国公路运输与铁路运输压力的逐渐增多、城市居民流动人口数量的不断增长，开展轨道交通工程建设是我国当前各大城市解决交通拥堵问题的主要手段之一，轨道交通工程地下车站的建设地区均处于地下区域，因此当周边环境发生震动时引发其应力变化的主要因素在于地基受力变形，而不同于路面交通主要是由于惯性原因。
铁路曲线梁桥抗震设计分析-10页
E1 A(uz kux k z y1 ) mAuz f z
kE1I y (uy kz ) Gu1Ic (z kuy w) GIk (z kuy) mA( s2 y1ux x1uy ) E1A(uz kux kz y1)ky1 mz
E1I w w Gu1I c ( z kuy w) mI ww bw
曲线梁中拉压、弯曲、扭转互相耦合，这是与空间直梁单元的不同之处
3
2 结构计算模型
2#墩
2#墩
3#墩
5#墩
4#墩
连续刚构桥简图
3#墩
5#墩
4#墩
连续梁桥简图
4
3 铁路曲线梁桥地震响应特征分析 （一）
➢ 计算工况：
场地土类型 震源 曲率半径 地震波方向 结构形式 3 × 2 × 15 × 6 × 2
1500 1000
500 0
0 15 30 45 60 75 90 水平地震动的输入角(度)
轴力
竖向剪力
横向剪力
30000 20000 10000
0
0 15 30 45 60 75 90 水平地震动的输入角(度)
扭矩
横向弯矩
竖向弯矩
3#墩顶梁截面内力
轴力、竖向剪力和竖向弯矩随输入角的增大而减小 ； 横向剪力和横向弯矩随输入角的增大而减小 ； 扭矩随输入角的增大而略微减小 。
共：1080
5
3 铁路曲线梁桥地震响应特征分析 （二）
➢ 地震动不同输入方向的影响——位移：
位移值(厘米) 位移值(厘米)
3.0 2.0 1.0 0.0
0 15 30 45 60 75 90
水平地震动的输入角(度)
6.0 4.0 2.0 0.0
0 15 30 45 60 75 90
铁路桥梁抗震性能研究与优化方法
铁路桥梁抗震性能研究与优化方法铁路桥梁作为铁路运输系统的重要组成部分，其抗震性能直接关系到铁路运输的安全和稳定。
在地震等自然灾害频繁发生的背景下，对铁路桥梁抗震性能的研究和优化显得尤为重要。
一、铁路桥梁抗震性能的影响因素（一）桥梁结构形式不同的桥梁结构形式在抗震性能上存在差异。
例如，简支梁桥结构简单，但在地震作用下的变形能力相对较弱；连续梁桥和刚构桥整体性较好，能够更好地抵抗地震力。
（二）桥梁材料桥梁所使用的材料性能对其抗震能力有着关键影响。
高强度、高韧性的材料能够提高桥梁的承载能力和变形能力，从而增强抗震性能。
（三）墩柱的设计墩柱是桥梁结构中承受地震力的主要构件。
墩柱的高度、直径、配筋等设计参数直接影响其抗震能力。
（四）基础类型基础的稳定性对于桥梁在地震中的表现至关重要。
良好的基础能够有效地传递地震力，减少桥梁结构的振动。
二、铁路桥梁抗震性能的研究方法（一）理论分析通过建立数学模型，运用力学原理和结构动力学知识，对桥梁在地震作用下的响应进行计算和分析。
（二）实验研究包括振动台实验和拟静力实验。
振动台实验可以模拟真实的地震作用，观察桥梁结构的动态响应；拟静力实验则用于研究桥梁构件在反复荷载作用下的力学性能和破坏模式。
（三）数值模拟利用有限元软件等工具，对桥梁结构进行建模和分析，预测其在地震中的行为。
三、铁路桥梁抗震性能的优化策略（一）优化结构设计合理选择桥梁的结构形式，如采用减隔震设计，通过设置减隔震装置来吸收和耗散地震能量。
（二）改进材料性能研发和应用新型高性能材料，提高桥梁结构的强度和韧性。
（三）加强墩柱设计优化墩柱的尺寸、配筋和构造，提高墩柱的抗弯、抗剪能力。
（四）优化基础设计选择合适的基础类型，确保基础具有足够的承载能力和稳定性。
（五）设置抗震防线在桥梁结构中设置多道抗震防线，当第一道防线失效时，后续防线能够继续发挥作用，保证桥梁的整体安全。
四、实际案例分析以某铁路桥梁为例，该桥在设计时充分考虑了抗震性能。
城市轨道交通桥梁抗震设计与研究
城市轨道交通桥梁抗震设计与研究摘要：城市轨道交通已经成为现代城市建设的重要内容，其运量较大，速度也快，而且在城市运行比较安全，又可以缓解交通压力，因此近几年越来越多的城市在建设过程中都开始了轨道交通建设。
在轨道交通的建设中可以发现，在由于受到地形或者其他因素的影响不可避免的会借助桥梁建设来满足城市轨道交通的通行要求，但是桥梁施工中必须要考虑其抗震设计，以便可以保障桥梁的运行安全，这就需要轨道交通桥梁的设计人员要做好抗震设计，以便可以保障城市轨道交通安全运行的关键。
基于此，本文就城市轨道交通桥梁抗震设计进行了研究，以期能够为当前城市轨道桥梁的建设提供科学的参考依据，同时这也是保障城市轨道交通行业实现可持续发展的关键。
关键词：城市轨道交通；桥梁；抗震设计引言目前，在桥梁的设计施工中越来越看中地震力这一因素，并在此基础上进行了各项结构尺寸的设计，以便可以降低地震力对相关构件的影响。
尤其是在城市轨道交通的建设中，桥梁结构的稳定性对保障轨道运行的安全与稳定有着重要的作用，因此城市轨道交通建设单位也越加重视桥梁抗震设计，以便可以保障其能够达到规范规定的抗震设防标准。
一、工程建设背景珠三角城际轨道交通广佛环线佛山西站至广州北站段三工区正线起止里程DK12+550～DK20+964.15，全长8.41km。
主要工作内容为区间路基1段/303.32m，桥梁2座/8.11km，高架车站2座/2×210m，节段梁预制场1处。
正线起止里程DK12+550～DK20+964.15，全长8.41km。
主要工作内容为区间路基1段/303.32m，桥梁2座/8.11km，高架车站2座/2×210m，节段梁预制场1处。
2座桥梁分别为唐边特大桥、大榄特大桥，其中唐边特大桥起止里程总长1.49km，有连续梁2联，大榄特大桥总长6.62km，有连续梁6联。
在上述共8联连续梁中，单孔跨度达80m有5联，最大跨度为96m，上跨虹岭二路城区主干道，车流量比较大，施工难度较高。
铁路桥梁的抗震设计与分析
铁路桥梁的抗震设计与分析铁路作为现代交通运输的重要方式，其桥梁的安全性至关重要。
在地震等自然灾害面前，铁路桥梁需要具备足够的抗震能力，以保障铁路运输的畅通和乘客的生命财产安全。
本文将对铁路桥梁的抗震设计与分析进行详细探讨。
一、铁路桥梁抗震设计的重要性铁路桥梁通常跨越河流、山谷等地形，是铁路线路中的关键节点。
一旦在地震中受损，不仅会导致铁路运输中断，还可能引发次生灾害，造成巨大的经济损失和社会影响。
例如，强烈的地震可能导致桥梁坍塌，使列车脱轨，威胁乘客生命安全；也可能损坏桥梁的基础和支撑结构，影响桥梁的长期稳定性。
因此，进行科学合理的抗震设计是确保铁路桥梁在地震中安全可靠的关键。
二、地震对铁路桥梁的影响地震作用下，铁路桥梁可能会受到多种形式的破坏。
首先是水平地震力引起的桥梁结构的位移和变形。
桥梁的梁体、墩柱等部件可能会因水平力而发生相对位移，导致连接部位的破坏，如支座的损坏、伸缩缝的失效等。
其次，竖向地震力也不可忽视。
它可能会增加桥梁结构的竖向荷载，导致桥墩的受压破坏，或者使梁体与桥墩之间的接触面产生过大的压力，影响结构的整体性。
此外，地震还可能引发地基的液化和不均匀沉降，从而削弱桥梁基础的承载能力，导致桥梁倾斜甚至倒塌。
三、铁路桥梁抗震设计的原则1、多防线设计原则在抗震设计中，应设置多重抗震防线，避免因单一构件的破坏而导致整个结构的倒塌。
例如，除了主要的承载构件外，还应考虑次要构件和连接部位的抗震性能，形成相互协同的抗震体系。
2、能力设计原则通过合理的设计，确保结构中的关键构件和部位具有足够的强度和延性，能够在地震中承受较大的变形而不发生脆性破坏。
3、整体性原则注重桥梁结构的整体性，使各个构件之间能够有效地协同工作，共同抵抗地震作用。
加强连接部位的设计，确保力的传递顺畅。
4、经济性原则在满足抗震性能要求的前提下，尽量降低工程造价，通过优化设计方案，选择合适的材料和结构形式，实现经济与安全的平衡。
轨道交通桥梁与结构延性抗震设计的概念及实用设计方法-58页
需要的初始强度最低，但罕遇地震下的破坏也最严重，某种
意义上不适合用于非常重要的结构
2)有限延性－个人理解交通建筑
3)完全弹性－适合用于非常重要的结构，如核反应堆
4.延性的层次
• 应变延性层次----材料层面
• 曲率或转角延性层次---截面
的层面
• 位移延性层次----构件的层
面
• 多构件的位移延性----结构
Hale Waihona Puke
1.建筑抗震规范
2.城市桥梁抗震规范（公路)
2.城市桥梁抗震规范（公路)
3.铁路抗震规范
四.延性抗震设计的实现方法
1.验算内容
• 1）构造要求H/B不小于2.5
• 2）在罕遇地震下进入屈服
• 3）罕遇地震下的位移小于允许的位移
• 假定构件不发生脆性破坏，如剪切破坏，倾覆
2.截面分析
c
s
c
x
h0 x
截面的曲率
s
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0
c
x
**曲率--近似等于转角的一阶导数
EI y M
''
s
3.延性指标
• 由于延性指标是反映构件或截面塑性变形能力的指标，因
此必须首先明确从哪个位置开始的变形定义为塑性变形，
难点和核心：求等效屈服曲率和极限曲率
2.具体过程1---公路或城市规范法
• 首先根据正常受力拟定截面和配筋
• 根据截面和配筋情况，利用MIDAS 或XTRACT等软件进
行截面的弯矩曲率分析，得出截面的等效屈服曲率（或利
铁路桥梁设计中的抗震设计原则
铁路桥梁设计中的抗震设计原则铁路桥梁作为铁路交通的重要组成部分，其在地震中的稳定性和安全性至关重要。
抗震设计是确保铁路桥梁在地震作用下能够保持结构完整、正常使用甚至在震后迅速恢复运营的关键环节。
以下将详细阐述铁路桥梁设计中的抗震设计原则。
一、场地选择与地质勘察合理选择桥梁建设场地是抗震设计的首要任务。
应尽量避开地震活动频繁、地质条件复杂的区域，如地震断层带、软弱土层、易液化土地区等。
在选址前，必须进行详尽的地质勘察，了解场地的地质构造、土层分布、地下水位等情况，为后续的设计提供准确的地质资料。
对于无法避开不利地质条件的场地，应采取相应的工程措施来改善地质条件，例如对软弱土层进行加固处理、设置隔震层等。
同时，要评估场地可能的地震动参数，包括地震烈度、峰值加速度、频谱特性等，为桥梁的抗震计算和设计提供依据。
二、结构体系与选型选择合适的结构体系和桥梁形式对于提高抗震性能具有重要意义。
常见的铁路桥梁结构形式有简支梁桥、连续梁桥、拱桥、斜拉桥等。
在抗震设计中，应优先选择整体性好、冗余度高的结构体系。
简支梁桥结构简单，受力明确，但在地震作用下相邻梁体之间容易发生碰撞，影响结构的安全性。
连续梁桥具有较好的整体性和变形能力，能够有效地分散地震力。
拱桥由于其拱肋的受压特性，在一定程度上具有较好的抗震性能，但要注意拱脚处的抗震设计。
斜拉桥的索塔和主梁通过斜拉索相连，形成了复杂的空间受力体系，在抗震设计中需要考虑索塔和主梁的协同工作以及拉索的振动特性。
此外，桥梁的跨度布置也会影响抗震性能。
过大的跨度可能导致结构在地震作用下的变形过大，过小的跨度则可能增加结构的数量和连接节点，增加地震破坏的风险。
因此，应根据实际情况合理确定桥梁的跨度。
三、强度与延性设计强度设计是保证桥梁在地震作用下不发生强度破坏的基本要求。
通过计算地震作用下结构的内力和应力，确定构件的尺寸和材料强度，确保结构具有足够的承载能力。
然而，仅仅依靠强度设计是不够的，还需要考虑结构的延性。
轨道交通地下车站结构抗震性能化设计分析
轨道交通地下车站结构抗震性能化设计分析摘要：近年来，我国的城市化进程有了很大进展，轨道交通工程建设也越来越多。
地下铁路是大城市发展的必需，其作为城市交通的骨干，能够很好的缓解交通压力，提高交通效率。
我国地震灾害发生频繁，地下铁路结构抵抗地震破坏作用的能力非常重要，直接关系着城市交通秩序和人民生命财产安全。
我国目前地铁建设发展比较迅速，关于地下结构的设计规范逐渐完善，但是对于地下结构抗震方面相关的研究还相对较少。
因而对地铁地下结构的抗震设计与分析十分有必要。
关键词：地铁；地下车站；抗震设计；反应位移法引言城市轨道交通车站在地面以上的称之为高架车站，车站具有一般地面建筑的特征和交通建筑的形态。
其作为城市主要的交通网，承担着城市交通的主要功能，其结构自身荷载大，安全等级高，结构抗震要求严格。
1抗震设防标准（1）对轨道工程中的地下车站结构和相关的地面附属结构比如是交通控制中心建筑，整体设计要大于等于100年；（2）地下车站中支护结构为永久性构建，保证刚度的条件下，要保证有100年的使用年限。
2抗震性能分析方法概述实际工程中，主要通过数值模拟对地下结构的抗震性能进行理论分析。
常用的数值模拟方法可分为以反应位移法、反应加速度法为代表的拟静力法，和以反应谱方法、时程分析法为代表的动力分析法两类。
反应位移法根据一维土层地震反应分析得到土层相对位移，由土层变形计算得到内力，并以地基弹簧的形式施加静荷载于结构上，从而获得结构的响应。
反应加速法通过一维土层地震反应分析获得的动力响应，计算得到不同深度处水平有效惯性加速度，并将其按体积力的方式作用与结构上，最终得到结构的响应。
拟静力法缺陷在于静力计算所得内力一般较实际动力值偏大，且对地震波的等效处理往往难以符合其不规则动态传播的实际情况。
反应谱方法相对于拟静力法增加反映了地震的频谱特性，但仍然无法考虑地震力持续作用的影响，其本质上属于一种修正的拟静力分析方法。
动力时程分析法可以全面地表达地震动强度、频谱特性和持续时间三大要素，分析具有过程性，更加符合实际情况，其缺陷在于计算时有较多的物理参数难以准确设定，且计算成本较大。
浅析城市轨道交通桥梁抗震设计
Value Engineering———————————————————————作者简介:唐鼎（1990-），男，河南信阳人，中级工程师，硕士研究生，研究方向为桥梁工程。
0引言城市轨道交通由于其自身运载量大、运行速度快、安全性高、环保节能等多项优点而备受青睐，不论是在全球还是在全国领域都把解决城市交通问题的关键措施寄托于优先建设以轨道交通为核心的城市公共交通系统上。
基于此背景条件下，怎样实现轨道交通桥梁的安全、经济逐渐成为目前亟需抓紧研究的一项重点课题。
1轨道交通抗震设计工作现状国内城市轨道交通是在最近十几年间才开始步入发展正轨的，而且具有针对性的抗震研究相对较少，并未形成一个可供于实际应用的抗震分析和设计理论框架，所以在开展抗震设计工作时不得不面临缺乏完善理论与成熟技术支撑的局面[1]。
轨道交通桥梁不论是在结构类型、力学特性上均和普通桥梁之间存在极大的结构差异，而且在抗震性能上又具有独特的要求，必须要实施专门的抗震研究，从而为其提供完善的抗震分析与设计理论基础。
和城市普通公路桥梁进行对比，城市轨道交通桥梁的独有特征为其具备轨道系统。
并且，基于轨道交通列车运行安全性的需求，所以对其结构类型、动力性能以及在地震影响下的性能水平也具有和普通桥梁不一致的需求。
同普通铁路桥梁进行对比，因为轨道交通所负责的运输任务与列车类别的差异，从而两者在结构组成上存在很大差异，不论是进行列车荷载的计算，还是列车行驶安全的控制指标都具有较多不同，在开展抗震设计时需要彼此符合相应的特点。
2城市轨道交通桥梁抗震设计2.1设计理念①在开展高架桥梁的结构抗震设计工作时，需要先构建相应的抗震检验模型，对于结构组成相对简单的桥梁可以将其简化成单自由度体系的模型实施抗震性能测算。
②桥台台身在受到地震作用力的影响下而形成的地震惯性力，在实施抗震计算时可以将其简化成静力来进行计算[2]。
③当计算E2地震作用下抗震性能的钢筋砼墩柱型梁桥时，可以把墩柱视为延性构件来开展设计工作，把基础、盖梁、梁体以及结构都充当能力保护构件来予以设计。
地铁车站结构抗震分析
地铁车站结构抗震分析摘要：随着城市化的进程，各个城市的规模日益扩大，进几年来各个城市对城市轨道交通建设的投入也不断加大。
过去人们普遍认为，地下建筑结构具有良好的抗震性能。
然而近年来世界各地已发生的地震灾害中，发现很多地下结构也遭受了不同程度的破坏，甚至部分出现了很严重的破坏。
目前地铁抗震设计主要参考《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909-2014)进行抗震计算。
本文将以浙江金华地铁工程的某个地下车站为例，采用“I反应位移法”分析地震作用的工况，并提出一些抗震方面的意见和建议。
关键词：城市轨道交通；抗震性能；反应位移法；地震作用工况1 车站抗震设计概况1.1工程概况地铁车站为金华-义乌-东阳市域轨道交通工程一个站。
车站为地下一层侧式车站，主体结构为地下一层单柱双跨钢筋混凝土框架结构，标准段宽度为17.6m，顶板覆土厚度2.8-3.2m，底板埋深12.1m，车站总长291.1m。
车站结构采用明挖法施工。
图一：车站标准横断面1.2抗震设防目标依据住房和城乡建设部下发的《市政公用设施抗震设防专项论证技术要点（地下工程篇）》及《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014），并考虑到轨道交通地下车站的重要性和震后修复难度，抗震设防目标如下：（1）结构在遭受相当于本工程抗震设防烈度的地震影响时，即475年一遇地震动作用下，不破坏或轻微破坏，应能够保持其正常使用功能，结构处于弹性工作阶段，不应因结构的变形导致轨道的过大变形而影响行车安全；（2）结构在遭受高于本工程抗震设防烈度的罕遇地震（高于设防烈度1度）影响时，即2450年一遇地震动作用下可能破坏，经修补，短期内应能恢复其正常功能，结构局部进入弹塑性工作阶段。
475年一遇地震作用，对应50年超越概率10%地震作用，即《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）中E2地震作用。
2450年一遇地震作用，对应50年超越概率2%地震作用，即《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）中E3地震作用。
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[文章编号] 100228412(2005)0320073205轻轨铁路站桥整体结构的结构设计与抗震分析董 城1,李忠献2(1.铁道第三勘察设计院建筑设计分院,天津300251; 2.天津大学建筑工程学院,天津300072)[摘 要] 本文结合地处高烈度地震区的天津轻轨工程,对轻轨铁路车站建筑与高架桥梁进行了整体设计与抗震分析。
在结构设计中,首次将轻轨铁路的车站建筑与高架桥梁设计成为一个整体框架结构;在抗震分析中,分别按照不同的规范反应谱法和时程分析法对站桥整体结构进行全面分析。
研究结果表明,轻轨铁路站桥整体结构的结构设计概念明确、优点明显,可避免建筑与桥梁之间的地震碰撞;按照规范反应谱法设计的站桥整体结构的抗震安全性存在不足,设计中必须按照工程建设场地地震危险性评价所给出的地震动参数对站桥整体结构进行时程分析,才能确保轻轨铁路的抗震安全性。
[关键词] 轻轨铁路;站桥整体结构;车站建筑;高架桥梁;结构设计;抗震分析;反应谱法;时程分析法[中图分类号] U448128 [文献标识码] AStructural Design and Seismic Analysis of I ntegral Station 2B ridge Structure in Light R ail w ayDong Cheng 1,Li Zhong 2Xian 2 (1.The 3rd Railway Survey &Design Institute ,Tianjin 300251,China ;2.College o f Architectureand Civil Engineering ,Tianjin Univer sity ,Tianjin 300072,China )Abstract :In this paper ,ass ociated with T ianjin Light Railway located at the area with high seismic intensity ,the structural design and seismic analysis for the integral station 2bridge structure constructed by the station building and the elevated bridge in light railway is performed.In the structural design ,the station building and the elevated bridge of the light railway are designed as an integral frame structure firstly.In the seismic analysis ,a overall analysis for the integral station 2bridge structure is carried out according to the of the response spectrum and the time 2history analysis methods respectively.The investigated results show that there are a clear concept and a remarkable advantage in the structural design for the integral station 2bridge structure ,which may av oid the seismic pounding between the building and the bridge.The seismic safety of the integral station 2bridge structure designed according to the specified response spectrums in design codes is lower ,and the time 2history analysis must be carried out in design based on the parameters of earthquake m otion provided by the seismic risk evaluation of engineering construction site ,which will guarantee the seismic safety of the light railway.K eyw ords :light railway ;integral station 2bridge structure ;station building ;elevated bridge ;structural design ;seismic analysis ;response spectrum method ;time 2history analysis method[收稿日期] 2005203222[基金项目] 天津市科技发展计划(攻关)资助项目(023112511)[作者简介] 董城(1962～),男,高级工程师,北京交通大学工程硕士研究生,主要从事建筑、轻轨和地铁等的结构设计(d 2c @ )[联系作者] 李忠献(1961～),男,博士,教授,博士生导师,主要从事工程结构抗震防灾与健康监测研究(E 2mail :zxli @ )1 引言随着现代工业的迅速发展和城市规模的日益扩大,世界各国大城市都存在着交通需求与道路设施供给之间的矛盾,因此,为了城市的可持续发展,以及有效解决大城市交通拥挤的突出问题,发展城市甚至城市之间的快速轨道交通已经成为世界性的趋势[1～3]。
在我国,随着国民经济的飞速发展,城市化的步伐大大加快,城市规模也不断扩大,使得城市交通面临着巨大压力,迅速发展城市快速轨道交通已成为我国现代城市交通发展最科学、最合理的选择[3]。
城市快速轨道交通(轻轨)的建设在我国还刚刚起步,尚无统一的、完善的设计标准[4]。
轻轨工程结构主要包括高架桥梁结构和车站建筑结构,且大多第27卷第3期2005年6月工程抗震与加固改造Earthquake Resistant Engineering and RetrofittingV ol.27,N o 13Jun.2005Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting V ol.27,N o.3 2005数车站建筑均建设在高架桥梁上。
如果将车站建筑与高架桥梁进行独立设计,在地震时,由于车站建筑与高架桥梁之间极易发生碰撞作用,导致桥梁和建筑发生破坏甚至倒塌[5]。
本文首次提出将车站建筑与高架桥梁设计成为一个整体结构,形成了站桥整体结构,可有效避免车站建筑与高架桥梁之间的地震碰撞反应,从而提高轻轨铁路的抗震安全性。
然而,由于车站建筑和高架桥梁所需遵循的抗震设计规范不同以及不同的抗震设计规范所具有的可靠度标准不同[6,7],站桥整体结构的抗震设计缺乏依据,按现行规范反应谱法所设计的站桥整体结构可能存在抗震安全性不足的隐患。
因此,为了高质量高标准地建设轻轨铁路,迫切需要根据工程场地地震安全性评价[8]的结果,对轻轨铁路站桥整体结构的抗震安全性进行全面分析。
本文结合天津轻轨工程,对轻轨铁路站桥整体结构进行全面的结构设计和抗震分析,确保轻轨铁路的抗震安全性,对工程建设具有直接的指导意义。
2 结构设计211 设计概况本文结合天津津滨轻轨工程中山门站的情况进行分析,该站受城市规划影响,轻轨股道设置于公路的中间绿化带的高架桥上,造成车站结构柱网位置与桥墩冲突,只能采用站桥整体结构方案。
本站纵向8跨7×916m +1218m =80m ,横向两跨2×18m =36m ,采用钢筋混凝土框架结构,横向为减小框架梁高度,采用后张有粘接预应力结构,本站房共三层,屋盖为轻钢结构,剖面图如图1所示。
图1 站桥整体结构剖面图212 设计方法由于站桥整体结构设计涉及到建筑和桥梁两个专业,因而荷载种类和荷载组合有其特殊性。
21211 荷载种类及大小按照《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(T B1000213299)》[9](以下简称《铁路桥规》)荷载可分为主力、附加力和特殊荷载,其中主力又可分为恒载与活载。
(1)恒载:包括结构自重(含轨道二期恒载)、基础变位的影响(相临基础间差异沉降按5mm 计算)、混凝土收缩和徐变的影响(混凝土采用分段浇注的施工方法,按相当于降温10℃考虑)。
(2)活载:包括列车竖向静活载(如图2所示)、列车竖向动力作用(取动力系数μ=1238+L,其中L为轨道梁跨度,以m 为单位)、人群活载、设备荷载、无缝线路纵向伸缩力(按50kN Π轨计)、无缝线路纵向挠曲力(按50kN Π轨计)。
图2 轨道梁上列车竖向静、活载图(3)附加力:包括制动力或牵引力(按竖向静活载的10%计算,作用在轨顶2m 处)、列车横向摇摆力(取相临两节车厢的前后轮的摇摆力)、风荷载、温度变化的影响(按升、降温各20℃考虑)。
(4)特殊荷载:包括地震作用(设防烈度7度,设计地震加速度0115g ,设计地震分组为第一组,抗震等级为乙类建筑)、断轨力(53kN Π轨)。
21212 荷载组合荷载组合按“铁路桥规”[9]分为3种,即:组合1(主力)、组合2(主力+附加力)、组合3(主力+特殊荷载)。
在组合时列车横向摇摆力不与风荷载同时出现,列车制动力或牵引力不与横向摇摆力同时出现,伸缩力不与挠曲力同时出现。
根据本工程的实际情况,考虑以下2种计算工况,即:工况1,双线有车(满载);工况2,单线有车(偏载)。
在实际设计中,结构横向计算与纵向计算应分别进行。
21213 结构分析与计算设计采用有限元分析软件,在计算中根据所计 ・74 ・工程抗震与加固改造2005年6月 Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting June 2005算的荷载种类和受力特点选用合适的计算方法,根据工程的特殊性,对车站的抗震性能专门进行了分析,由于没有此类结构的专用计算机分析软件,需要按照以上工况自行进行结构内力组合,并找出可能出现的最不利荷载组合。
在设计中对不同受力类型的构件按照不同位置分别采用,如直接承受动力荷载的结构构件(轨道梁、轨道层处框架横梁、框架柱)采用《铁路桥规》(T B1000213299)[9]进行截面设计;其它结构构件按《混凝土结构设计规范》(G B500102 2002)[10]进行截面设计。