承臺、樁對站橋合建單排柱車站結構受力影響分析

王世敏

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

關鍵詞：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構體系主要建在雙向車道路中央綠化帶內，在國內外均有應用。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)場組裝的裝配式結構、經濟性好等;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構，因此造成結構自身安全冗余度不高。結構設計時除了需要滿足現(xiàn)行建筑結構設計規(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按現(xiàn)行鐵路橋涵設計規(guī)范進行結構驗算?？拐鹪O計除了進行多遇地震的設計外，還需要進行設防地震和罕遇地震的抗震性能化設計。多遇地震作用下，樁、承臺、墩柱、蓋梁和其余構件處于彈性狀態(tài);設防地震作用下，樁、承臺、墩柱、蓋梁處于彈性狀態(tài)，其余構件正截面不屈服、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，其余構件允許進入塑性控制整體結構變形。

1 工程概況

本工程為某城市站橋合建的單排柱車站結構，大致分為軌道層、站臺層、雨棚結構層的三層框架結構。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。抗震設防烈度為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 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構完全一致，采用midas gen建模，由于本文只作對比分析，計算時采用建筑結構設計規(guī)范要求進行荷載組合與驗算。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。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，采用完全剛接約束。模型建好后，兩個模型分別進行模態(tài)分析，多遇地震、設防地震、罕遇地震分析計算，提取出模態(tài)分析結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;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，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果大30%左右;My最大時， My最大值相差較大，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果大，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，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果大，1、6兩個邊柱大40%左右，其余中柱大55%左右;Vy相差較大，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果大，1、6兩個邊柱大50%左右，其余中柱大38%左右。

3.3 設防地震分析對比

兩種不同模型在設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，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果稍大，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，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果大39%左右;My最大時， My最大值相差較大，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果大，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，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果大，1、6兩個邊柱大47%，其余中柱大57%;最大剪力Vy相差較大，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果大，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，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果稍大，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，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果大38%左右;My最大時，My值帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果大，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，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果大，1柱大34%，6柱大50%，其余中柱大57%;最大剪力Vy相差較大，帶承臺樁模型結果比無承臺樁模型結果大，1、6兩個邊柱大55%左右，其余中柱大43%左右。

4 結論

通過對站橋合建的單排柱車站結構帶承臺樁模型和無承臺樁模型的對比分析，得出如下結論：

（1）帶承臺樁模型結構的整體剛度比無承臺樁模型結構剛度小，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，設計時應考慮兩種計算模型的不利狀況。

參考文獻：

[1]建筑抗震設計規(guī)范（2016年版）[S].

[2]城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范[S].

[3]跨座式單軌交通設計規(guī)范[S].