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(jìn)程使命：加速中國職業(yè)化進(jìn)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(jié)構(gòu)進(jìn)行整體有限元計算，將所得計算結(jié)果作為評定該工程共建方案可行性的主要依據(jù)。關(guān)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(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模擬計算，是近幾十年來建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個主要發(fā)展趨勢，成為解決現(xiàn)代復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要手段。隨著全國各大

2、城市對地鐵建設(shè)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(guān)設(shè)施之間也將遇到越來越多的復(fù)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(hù)工作。對于上述所遇到的復(fù)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(shè)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(xué)合理地對車站結(jié)構(gòu)與高架橋的共建方案進(jìn)行有效的分析研究，本文主要采用了SAP2000有限元軟件進(jìn)行本工程結(jié)構(gòu)的分析計算，通過計

3、算結(jié)果得出相應(yīng)的結(jié)論，為今后類似工程的設(shè)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(jié)構(gòu)，基坑深度約1784m，基底土層主要為粉砂夾粉土、粉質(zhì)黏土，局部為粉細(xì)砂層6號線為14m寬島式站臺，地下三層結(jié)構(gòu)，基坑深度約257m，基底主要土層為粉細(xì)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(hù)，應(yīng)選用有隔水效果的墻體系圍護(hù)結(jié)構(gòu)，結(jié)合周邊環(huán)境和當(dāng)?shù)亟?jīng)驗，經(jīng)比選:10號線選用800mm厚地下連續(xù)墻作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，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(hù)結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn):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(jié)構(gòu)內(nèi)，形成共同受力體系。落入車站主體結(jié)構(gòu)內(nèi)的高架橋為多跨連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，最大跨度達(dá)

5、55m，橋樁直徑分為12m與15m兩種。3整體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)分析模型，對結(jié)構(gòu)的邊界條件及受力特點(diǎn)作了相應(yīng)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(shè)計單位驗算，并做了相應(yīng)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(jìn)行分析，整體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)所承受的荷載包括永久荷載、可變荷載和偶然荷載，結(jié)構(gòu)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(jìn)程使命：加速中國職業(yè)化進(jìn)程從表4、表5中的數(shù)據(jù)內(nèi)容，可以很明顯地看出，有地震作用參與的工況與恒活載設(shè)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(shè)計值工況的結(jié)果。而且地下一層構(gòu)件(311、316構(gòu)件)與地下二層構(gòu)件(310、315構(gòu)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(dāng)。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(shè)計規(guī)范》中6度區(qū)可不進(jìn)行地震作用計算的要求相吻合。43整體結(jié)構(gòu)計算橋樁的位移分析由于本工程橋樁落入車站主體結(jié)構(gòu)，橋樁位移的大小是設(shè)計所關(guān)心的重要指標(biāo)，通過有限元計算，得到橋樁與車站主體結(jié)構(gòu)相交處關(guān)鍵點(diǎn)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(dá)到最大值－1mm，水平位移UY在中板交點(diǎn)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(jié)果(由于數(shù)據(jù)

8、太多，僅列出22256號點(diǎn)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(shè)計值工況下的相應(yīng)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(jié)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(jié)論通過對本工程整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模計算，著重分析了落入

9、本工程車站主體結(jié)構(gòu)內(nèi)的橋樁內(nèi)力及位移的計算結(jié)果，并對主要工況的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析，得到以下幾點(diǎn)結(jié)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(jié)構(gòu)內(nèi)的橋樁受力及位移結(jié)果均在可控范圍內(nèi)，共建方案是可行的。(2)由于本工程結(jié)構(gòu)受力形式復(fù)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(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線形分析，所得結(jié)果與靜力條件下的恒活載設(shè)計值工況相比，在內(nèi)力和位移結(jié)果上均較小，這與《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中6度區(qū)可不進(jìn)行地震作用計算的要求