王世敏

摘 要

本文以某城市單排柱車站結構的樁為研究對象，通過建立車站承臺和樁剛接模型、承臺和樁鉸接模型和無承臺樁模型進行計算分析對比。研究表明單排柱車站結構的樁不同的計算方式對樁的位移、內力影響較大，設計時應考慮不利狀況。

關鍵詞

單排柱車站;樁;受力影響

中圖分類號： U239.5;U441 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.069

0 引言

站橋合建的單排柱單軌車站結構主要建在雙向車道路中央綠化帶內，是單軌車站常用的結構形式。為了結構有足夠的安全保證，設計時按照現行的民用建筑結構設計規(guī)范和鐵路橋涵設計規(guī)范進行了性能化設計，對不同構件采用了不同的性能水準。樁、承臺、墩柱、蓋梁和其余構件在多遇地震作用下處于彈性狀態(tài);樁、承臺、墩柱、蓋梁在設防地震作用下處于彈性狀態(tài)，其余構件在設防地震作用下處于正截面不屈服、斜截面彈性;樁、承臺、墩柱、蓋梁在罕遇地震作用下滿足正截面不屈服、斜截面彈性，其余構件在罕遇地震作用下允許進入塑性變形狀態(tài)。性能化設計時發(fā)現，本車站結構構件只要滿足罕遇地震作用下性能狀態(tài)就可以滿足其余性能?？紤]到實際連接受力狀況與《建筑地基基礎設計規(guī)范規(guī)范》計算方法不同，本文通過建立以下三種計算模型，車站承臺和樁剛接模型、承臺和樁鉸接模型，并考慮樁土共同作用，通過有限元計算分析得出在罕遇地震作用下的位移、內力;無承臺樁模型進行計算分析柱底部在罕遇地震作用下的組合內力，按照規(guī)范中的計算公式計算出樁的內力。

1 工程概況

本工程為某城市站橋合建的單排柱單軌車站結構，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構。每根墩柱下有6樁獨立承臺作為上部結構支撐體系?？拐鹪O防烈度為8度;地震基本加速度0.2g;場地類別為Ⅱ類;設計地震分組為第二組;設防類別為乙類;安全等級為一級。

2 建模計算

車站結構三種計算模型上部結構完全一致，采用midas gen建模，進行罕遇地震分析計算。承臺和樁剛接模型、承臺和樁鉸接模型計算時考慮承臺和樁周圍土體的水平約束，根據《公路橋涵地基基礎設計規(guī)范》附錄P中按m法計算彈性樁水平位移及作用效應，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化花崗巖較深，樁底采用完全剛接約束。提取出樁頂部在X向地震作用下、Y向地震作用下的位移值和最大軸力、最小軸力以及所對應的不同方向的彎矩值、剪力值;無承臺樁模型提取出柱底部在罕遇地震作用下的最不利組合內力，按照規(guī)范中的計算公式計算出樁的最大軸力、最小軸力以及所對應的不同方向的彎矩值、剪力值。本工程X向代表順橋方向，Y向代表橫橋方向， 壓力為正，拉力為負。

3 計算結果及分析對比

3.1 X向地震作用樁頂內力對比

罕遇地震作用下三種模型計算的樁頂部在X向地震設計值如下所示：承臺和樁剛接模型在軸力最大時：N為5772kN，Mx為208kN*m，My為1457 kN*m，Vx為421kN，Vy為9kN;在軸力最小時：N為727kN，Mx為34kN*m，My為1282 kN*m，Vx為419kN，Vy為5kN。承臺和樁鉸接模型在軸力最大時：N為5800kN，Mx為193kN*m，My為193 kN*m，Vx為158kN，Vy為5kN;在軸力最小時：N為775kN，Mx為26kN*m，My為26 kN*m，Vx為157kN，Vy為4kN。無承臺樁模型在軸力最大時：N為5576kN，Mx、My均為0，Vx為359kN，Vy為15kN;在軸力最小時：N為-1088kN，Mx、My均為0，Vx為371kN，Vy為18kN。

通過數據可以看出，在X向罕遇地震作用下，承臺和樁鉸接模型與承臺和樁剛接模型相比：軸力最大時，軸力均為壓力，相差較小;繞X軸彎矩Mx的數值均較小，相差不到1%;繞Y軸彎矩My的相差較大，鉸接模型彎矩值較小，剛接模型彎矩值較大，小于剛接模型彎矩值的15%;X向剪力均較大，鉸接模型是剛接模型的37.5%左右;Y向剪力均很小，數值基本相當。軸力最小時，軸力均為壓力，鉸接模型軸力大于剛接模型軸力，相差6%;繞X軸彎矩Mx的數值均較小，相差不大;繞Y軸彎矩My的相差較大，鉸接模型彎矩值較小，剛接模型彎矩值較大，鉸接模型彎矩值是剛接模型彎矩值的2%;X向剪力均較大，鉸接模型是剛接模型的37.4%;Y向剪力均很小，數值相差不大。無承臺樁模型與承臺和樁剛接模型相比：軸力最大時，軸力均為壓力，無承臺樁模型軸力小于剛接模型軸力，相差3.4%;無承臺樁模型繞X軸彎矩Mx和繞Y軸彎矩My都為0，不做對比;X向剪力均較大，無承臺樁模型剪力小于剛接模型剪力，相差15%;Y向剪力均很小，數值相差不大。軸力最小時，無承臺樁模型軸力為拉力，剛接模型軸力為壓力，相差較大;無承臺樁模型繞X軸彎矩Mx和繞Y軸彎矩My都為0，不做對比;X向剪力均較大，無承臺樁模型剪力小于剛接模型剪力，相差12%;Y向剪力均很小，數值相差不大。

3.2 Y向地震作用樁頂內力對比

罕遇地震作用下三種模型計算的Y向地震設計值如下所示：承臺和樁剛接模型在軸力最大時：N為7047kN，Mx為1871kN*m，My為236kN*m，Vx為2kN，Vy為552kN;在軸力最小時：N為-640kN，Mx為1636kN*m，My為10kN*m，Vx為3kN，Vy為553kN。承臺和樁鉸接模型在軸力最大時：N為6808kN，Mx為227kN*m，My為227kN*m，Vx為1kN，Vy為258kN;在軸力最小時：N為-374kN，Mx、My均為0，Vx為1kN，Vy為258kN。無承臺樁模型在軸力最大時：N為5628kN，Mx、My均為0，Vx為5kN，Vy為325kN;在軸力最小時：N為-1301kN，Mx、My均為0，Vx為5kN，Vy為325kN。

通過數據可以看出，在Y向罕遇地震作用下，承臺和樁鉸接模型與承臺和樁剛接模型相比：軸力最大時，軸力均為壓力，相差較小，鉸接模型軸力比剛接模型軸力小3.4%;繞X軸彎矩Mx的相差較大，鉸接模型彎矩值是剛接模型彎矩值的12%;繞Y軸彎矩My數值均較小，而且基本相等;X向剪力均很小，數值基本相當;Y向剪力均較大，鉸接模型不足剛接模型的47%。軸力最小時，軸力均為拉力，相差較大，鉸接模型軸力是剛接模型軸力的58%;繞X軸彎矩Mx的數值差距較大，鉸接模型彎矩值為0，剛接模型彎矩值1636;繞Y軸彎矩My的差距較小，數值也小;X向剪力均很小，數值相差不大;Y向剪力均較大，鉸接模型是剛接模型的47%。無承臺樁模型與承臺和樁剛接模型相比：軸力最大時，軸力均為壓力，無承臺樁模型軸力是剛接模型軸力80%;無承臺樁模型繞X軸彎矩Mx和繞Y軸彎矩My都為0，不做對比;X向剪力均很小，數值相差不大;Y向剪力均較大，無承臺樁模型剪力是剛接模型剪力59%。軸力最小時，無承臺樁模型軸力和剛接模型軸力均為拉力，無承臺樁模型軸力與剛接模型軸力2倍;無承臺樁模型繞X軸彎矩Mx和繞Y軸彎矩My都為0，不做對比;X向剪力均很小，數值相差不大;Y向剪力均較大，無承臺樁模型剪力是剛接模型剪力59%。

3.3 承臺和樁剛接模型、承臺和樁鉸接模型樁頂位移與配筋量比較

罕遇地震作用下，剛接模型X向樁頂位移7mm，Y向樁頂位移10mm;鉸接模型X向樁頂位移8mm，Y向樁頂位移13mm。這兩個模型計算時雖都考慮了樁周土對承臺和樁的水平約束，但是在罕遇地震作用下的位移值有差距?？梢钥闯龀信_和樁剛接模型的位移值均小于承臺和樁鉸接模型位移值。X向地震作用下，鉸接模型位移值大于剛接模型位移值15%;Y向地震作用下，鉸接模型位移值大于剛接模型位移值30%。罕遇地震作用下，承臺和樁剛接模型計算出樁頂縱筋配筋量為162cm2，箍筋配筋As/S值為2.8，承臺和樁鉸接模型計算出樁頂縱筋配筋量為142cm2，箍筋配筋As/S值為2.0，剛接模型縱筋配筋量比鉸接模型縱筋配筋量大14%，剛接模型箍筋配筋量比鉸接模型箍筋配筋量大40%。

4 結論

1）承臺和樁鉸接模型與承臺和樁剛接模型相比：軸力最大時，軸力相差較小;軸力最小時，軸力值均比較小，但差值相對較大;地震作用方向彎矩、剪力均相差較大，非地震方向彎矩、剪力數值均較小，相差也小。

2）無承臺樁模型與承臺和樁剛接模型相比：軸力最大時，軸力均為壓力，X向地震時相差較小，Y向地震時相差較大。軸力最小時，X向地震作用下無承臺樁模型軸力為拉力，承臺和樁剛接模型軸力為壓力，相差較大;Y向地震作用下，軸力均為拉力，拉力值相差較大。地震作用方向剪力相差較大，非地震方向剪力數值均較小，相差也小。

3）承臺和樁鉸接模型與承臺和樁剛接模型地震作用下樁頂位移相比，承臺和樁鉸接模型樁頂位移較大;承臺和樁鉸接模型與承臺和樁剛接模型地震作用下樁頂配筋相比，剛接模型配筋量較大。因此設計時應按照兩種不同模型計算的不利狀況進行設計。

參考文獻

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[2]城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范.

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