地鐵車站與高架橋整體分析

1、專業(yè)專業(yè)知識分享版分享版使命：加速中國職業(yè)化進程使命：加速中國職業(yè)化進程摘要以武漢市一座地鐵車站及高架橋共建體為研究對象，借助于SAP2000軟件建立該車站與高架橋的分析模型，對該結構進行整體有限元計算，將所得計算結果作為評定該工程共建方案可行性的主要依據(jù)。關鍵詞地鐵車站高架橋模態(tài)參數(shù)非線形時程分析1引言通過有限元計算軟件進行復雜結構的模擬計算，是近幾十年來建筑結構設計的一個主要發(fā)展趨勢，成為解決現(xiàn)代復雜結構設計的重要手段。隨著全國各大

2、城市對地鐵建設的加速發(fā)展，地鐵建筑與城市市政及周邊建筑等一些相關設施之間也將遇到越來越多的復雜問題，比如與其相鄰的高層建筑、公共建筑、市政地下管網(wǎng)等的保護工作。對于上述所遇到的復雜情況，用一般常規(guī)計算方法已經(jīng)不能滿足實際工程設計的需要了。武漢市某一地鐵車站由于場地有限，必須與其上的二環(huán)線高架橋共建成為一體。為了科學合理地對車站結構與高架橋的共建方案進行有效的分析研究，本文主要采用了SAP2000有限元軟件進行本工程結構的分析計算，通過計

3、算結果得出相應的結論，為今后類似工程的設計提供一定的參考。2工程概況該地下建筑位于武漢市中心，地鐵10號線與6號線交匯處，兩線站臺呈T形布局，10號線與6號線互為島島換乘，車站總建筑面積為26598m2。本站10號線為21m寬島式站臺，地下兩層結構，基坑深度約1784m，基底土層主要為粉砂夾粉土、粉質黏土，局部為粉細砂層6號線為14m寬島式站臺，地下三層結構，基坑深度約257m，基底主要土層為粉細砂層。該車站場地屬長江Ⅰ級階地，地下水位

4、較高，基坑周邊不宜采用放坡開挖及土釘墻支護，應選用有隔水效果的墻體系圍護結構，結合周邊環(huán)境和當?shù)亟?jīng)驗，經(jīng)比選:10號線選用800mm厚地下連續(xù)墻作圍護結構，地下連續(xù)墻不入巖6號線選用1000mm厚地下連續(xù)墻作圍護結構，地下連續(xù)墻入巖。地鐵車站與二環(huán)線高架橋平面布置如圖1所示。本地鐵車站結構的主要特點:10號線地下二層站方向有5個高架橋橋墩落入地鐵車站主體結構內，形成共同受力體系。落入車站主體結構內的高架橋為多跨連續(xù)鋼箱梁結構，最大跨度達

5、55m，橋樁直徑分為12m與15m兩種。3整體結構有限元分析模型及參數(shù)主要以SAP2000程序為分析工具，建立整體結構分析模型，對結構的邊界條件及受力特點作了相應的簡化處理。由于高架橋在車站開挖階段的受力分析已由橋梁設計單位驗算，并做了相應的處理措施，本文僅針對車站建成后使用階段的受力情況進行分析，整體結構計算模型如圖2所示。31計算參數(shù)車站范圍各土層及參數(shù)見表1。該地下結構所承受的荷載包括永久荷載、可變荷載和偶然荷載，結構所專業(yè)專業(yè)知

6、識分享版分享版使命：加速中國職業(yè)化進程使命：加速中國職業(yè)化進程從表4、表5中的數(shù)據(jù)內容，可以很明顯地看出，有地震作用參與的工況與恒活載設計值工況相比，在軸力、剪力、彎矩值各方面均要小于恒活載設計值工況的結果。而且地下一層構件(311、316構件)與地下二層構件(310、315構件)相比，彎矩和剪力值減少的幅值更大，軸力值的增減基本相當。從另一方面比較，二組實際地震波與一組人工波的計算值都比較接近，差異值較小。從以上分析可以看到，6度區(qū)地

7、震作用效果是不明顯的，這與《建筑抗震設計規(guī)范》中6度區(qū)可不進行地震作用計算的要求相吻合。43整體結構計算橋樁的位移分析由于本工程橋樁落入車站主體結構，橋樁位移的大小是設計所關心的重要指標，通過有限元計算，得到橋樁與車站主體結構相交處關鍵點的位移值，見表8。從表8中，可以看到水平位移UX方向在二層底板處達到最大值－1mm，水平位移UY在中板交點處最大值－08mm，而豎向位移UZ在車站頂板處最大值－63mm。從地震作用時程分析結果(由于數(shù)據(jù)

8、太多，僅列出22256號點ELCENTROL波的位移時程圖)可以看出，其各方向位移最大值均小于恒活設計值工況下的相應值，且振幅也較小(055mm以下)，同時從數(shù)據(jù)統(tǒng)計中顯示，在中板處的水平位移較大，這是因為中板相對頂板和底板來說，厚度較小，剛度也較小的緣故，使其對橋樁的約束較弱。從變形的角度也可以得出同樣結論:本車站在6度地震作用參與的工況下變形很小，可以不作為控制性工況考慮。5結論通過對本工程整體結構進行有限元建模計算，著重分析了落入

9、本工程車站主體結構內的橋樁內力及位移的計算結果，并對主要工況的結果數(shù)據(jù)進行了對比分析，得到以下幾點結論。(1)通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比分析，可知本工程落入主體結構內的橋樁受力及位移結果均在可控范圍內，共建方案是可行的。(2)由于本工程結構受力形式復雜，雖然武漢屬于6度區(qū)，仍選用了三組地震時程曲線對結構進行了非線形分析，所得結果與靜力條件下的恒活載設計值工況相比，在內力和位移結果上均較小，這與《建筑抗震設計規(guī)范》中6度區(qū)可不進行地震作用計算的要求