承臺、樁對站橋合建單排柱車站結(jié)構(gòu)受力影響分析

王世敏

摘? 要：文章以某城市站橋合建的單排柱車站結(jié)構(gòu)為研究對象，通過建立車站帶承臺樁模型和無承臺樁模型進(jìn)行分析對比。研究表明考慮承臺樁對上部結(jié)構(gòu)的影響較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮兩種計算模型不利狀況。

關(guān)鍵詞：站橋合建車站;單排柱;受力影響

Abstract： This paper takes the single-row column station structure of a city station bridge as the research object， through the establishment of the station cap pile model and non-cap pile model for analysis and comparison. The study shows that the pile cap has a great influence on the superstructure， and the disadvantages of the two calculation models need to be considered in the structural design.

引言

站橋合建的單排柱車站結(jié)構(gòu)體系主要建在雙向車道路中央綠化帶內(nèi)，在國內(nèi)外均有應(yīng)用。作為軌道交通車站，單排柱車站有自身的優(yōu)點，也有不足之處。單排柱車站優(yōu)點有占地面積小、施工時對道路交通和環(huán)境影響小、適合采用工廠制作現(xiàn)場組裝的裝配式結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)性好等;缺點也比較明顯，由于底部采用單排柱，柱頂采用大懸挑蓋梁支撐上部結(jié)構(gòu)，因此造成結(jié)構(gòu)自身安全冗余度不高。結(jié)構(gòu)設(shè)計時除了需要滿足現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范外，還需要對軌道梁、支承軌道梁的蓋梁、支承蓋梁的柱及基礎(chǔ)按現(xiàn)行鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗算?？拐鹪O(shè)計除了進(jìn)行多遇地震的設(shè)計外，還需要進(jìn)行設(shè)防地震和罕遇地震的抗震性能化設(shè)計。多遇地震作用下，樁、承臺、墩柱、蓋梁和其余構(gòu)件處于彈性狀態(tài);設(shè)防地震作用下，樁、承臺、墩柱、蓋梁處于彈性狀態(tài)，其余構(gòu)件正截面不屈服、斜截面彈性;罕遇地震作用下，樁、承臺、墩柱、蓋梁滿足正截面不屈服、斜截面彈性，其余構(gòu)件允許進(jìn)入塑性控制整體結(jié)構(gòu)變形。

1 工程概況

本工程為某城市站橋合建的單排柱車站結(jié)構(gòu)，大致分為軌道層、站臺層、雨棚結(jié)構(gòu)層的三層框架結(jié)構(gòu)。底部軌道層由6根矩形鋼管混凝土墩柱，矩形鋼管混凝土梁和鋼箱梁組成的蓋梁，連接蓋梁的鋼梁組成;站臺層和雨棚采用鋼結(jié)構(gòu)。抗震設(shè)防烈度為8度;地震基本加速度0.2g;場地類別為Ⅱ類;設(shè)計地震分組為第二組;設(shè)防類別為乙類;安全等級為一級。

2 帶承臺樁模型和無承臺樁模型建模計算

帶承臺樁模型和無承臺樁模型上部結(jié)構(gòu)完全一致，采用midas gen建模，由于本文只作對比分析，計算時采用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求進(jìn)行荷載組合與驗算。帶承臺樁模型建模時把承臺按照剛性板不考慮厚度建模，樁采用梁單元建模。帶承臺樁模型計算時需要考慮承臺和樁周圍土體的水平約束，根據(jù)《公路橋涵地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》附錄P中按m法計算彈性樁水平位移及作用效應(yīng)，計算出作用于承臺四角及樁身的彈簧剛度，將承臺四角、樁施加水平面兩個方向的彈簧約束，本工程樁底部嵌入中風(fēng)化花崗巖較深，樁底采用完全剛接約束。無承臺樁模型墩柱底部建到與承臺交界面，假定承臺對墩柱各個方向完全固結(jié)，采用完全剛接約束。模型建好后，兩個模型分別進(jìn)行模態(tài)分析，多遇地震、設(shè)防地震、罕遇地震分析計算，提取出模態(tài)分析結(jié)果和不同地震狀況下墩柱底部的最大軸力、繞X軸最大彎矩、繞Y軸向最大彎矩、水平方向最大剪力。壓力為正，拉力為負(fù);軸力、剪力單位kN，彎矩單位kN*m。

3 帶承臺樁模型和無承臺樁模型計算結(jié)果及分析對比

3.1 模態(tài)分析對比

帶承臺樁模型的前六周期分別為0.53，0.45，0.43，0.25，0.23，0.22;無承臺樁模型前六周期分別為0.49，0.42，0.41，0.21，0.20，0.19。兩個模型前六階振型基本一致，從兩組數(shù)據(jù)可以看出，帶承臺樁模型的所對應(yīng)的周期均比無承臺樁模型大4%～21%不等，因此可以判定帶承臺樁模型的整體剛度小于無承臺樁模型，但相差并不大。

3.2 多遇地震分析對比

兩種不同模型在多遇地震狀況下墩柱底部的最大軸力、繞X軸最大彎矩、繞Y軸最大彎矩、水平方向最大剪力如表1所示。

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，在多遇地震作用下兩種不同模型各個柱子底部受力差距如下：N最大時，最大軸力基本相同; Mx最大時， 最大值相差較大，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果大30%左右;My最大時， My最大值相差較大，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果大，1、6兩個邊柱大40%左右，其余中柱大48%左右;V最大值，Vx相差較大，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果大，1、6兩個邊柱大40%左右，其余中柱大55%左右;Vy相差較大，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果大，1、6兩個邊柱大50%左右，其余中柱大38%左右。

3.3 設(shè)防地震分析對比

兩種不同模型在設(shè)防地震狀況下墩柱底部的最大軸力、X向最大彎矩、Y向最大彎矩、水平方向最大剪力如表2所示。

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，在設(shè)防地震作用下兩種不同模型各個柱子底部受力差距如下：N最大時，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果稍大，1、6兩個邊柱大5%左右，其余中柱基本一致; Mx最大時，Mx最大值相差較大，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果大39%左右;My最大時， My最大值相差較大，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果大，1、6兩個邊柱大44%，其余中柱大48%左右;最大剪力Vx相差較大，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果大，1、6兩個邊柱大47%，其余中柱大57%;最大剪力Vy相差較大，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果大，1、6邊柱大55%左右，其余中柱大43%左右。

3.4 罕遇地震分析對比

兩種不同模型在罕遇地震狀況下墩柱底部的最大軸力、繞X軸最大彎矩、繞Y軸最大彎矩、水平方向最大剪力如表3所示。

從表3中數(shù)據(jù)可以看出，在罕遇地震作用下兩種不同模型各個柱子底部受力差距如下：N最大時，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果稍大，6柱大3%左右，其余柱基本一致;Mx最大時，Mx最大值相差較大，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果大38%左右;My最大時，My值帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果大，1柱大46%，6柱大50%，其余中柱大48%左右;最大剪力Vx相差較大，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果大，1柱大34%，6柱大50%，其余中柱大57%;最大剪力Vy相差較大，帶承臺樁模型結(jié)果比無承臺樁模型結(jié)果大，1、6兩個邊柱大55%左右，其余中柱大43%左右。

4 結(jié)論

通過對站橋合建的單排柱車站結(jié)構(gòu)帶承臺樁模型和無承臺樁模型的對比分析，得出如下結(jié)論：

（1）帶承臺樁模型結(jié)構(gòu)的整體剛度比無承臺樁模型結(jié)構(gòu)剛度小，但差別不是太大，模型中考慮承臺樁時周期有較小影響。

（2）模型中考慮承臺樁的作用時，多遇地震、設(shè)防地震、罕遇地震作用下，墩柱底部的最大軸力影響均較小，墩柱底部Mx、My、Vx、Vy影響均較大，設(shè)計時應(yīng)考慮兩種計算模型的不利狀況。

參考文獻(xiàn)：

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