高架桥拼接受力 [与高架桥合建地铁车站受力及变形分析]
时间：2019-05-28 03:22:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要：以合肥市与高架桥合建地铁车站为研究对象，采用MIDAS/GTS软件建立该车站三维计算模型，对该结构进行整体有限元计算，并根据计算结果进行受力分析，采用安全、经济的结构，达到使用功能、结构安全、经济效益的三者统一。为今后类似工程的设计提供借鉴，并开拓空间立体开发思路。
关键词：地铁车站高架桥 桩基 沉降
Abstract: In order to study the subway station, which build with viaduct at the same time, establish the three-dimensional model of the station by MIDAS / GTS，according to the finite element calculation, the safety, economic structure was adopted。To achieve use function, structure safety and economic benefits，provide reference for the design of similar engineering in the future, and Open up space stereo development train of thought.
Keywords: Subway station; Viaduct ; Pile foundation; Settlement
中图分类号：U231+.4文献标识码：A 文章编号：
0 引言
随着我国经济水平的高速发展，城镇化发展战略的实施，城市人口快速增长，致使城市交通状况日益恶化，成为城市发展经济的瓶颈之一[1]，因此我国加快了城市交通设施的建设，其中以轨道交通、高架桥最为普遍。而在一些繁华老城区，往往受规划道路宽度限制，需要地下轨道交通和高架桥共用一个走廊，上下共线顺行[2～3]。本文采用MIDAS/GTS[4]软件建立该车站三维计算模型，通过计算结果设计安全、经济的结构，从而达到使用功能、结构安全、经济效益的三者统一。为今后类似工程的设计提供借鉴。
1 工程概况
该地铁车站位于合肥市马鞍山路与芜湖路十字交叉口南侧，沿马鞍山路路中布置。由于两工程共用一个走廊，都位于现状马鞍山路，互相产生干扰，故采用车站与高架桥同步开工建设的方案，将位于高架桥投影面的车站与高架桥同位合建[5]。地铁车站为双层三跨矩形框架结构，采用明挖顺筑法施工。标准段基坑深度约19.15m，盾构段基坑深度约19.70m，底板加深处基坑深度约20.25m，基底主要地层为中风化砂质泥岩层，采用钻孔灌注桩+钢支撑围护结构体系，桩间采用止水帷幕。
地铁车站与高架桥平面及横剖面布置图如图1～2所示。
图1地铁车站与高架桥平面布置图
图2地铁车站与高架桥横剖面布置图
本地铁车站结构的主要特点:沿车站方向有6个高架桥墩承台坐落于车站结构顶板，通过车站整体受力将上部桥梁荷载传至立柱下桩基及车站底板。上部高架桥为多跨连续钢箱梁结构，最大跨度26m，承台尺寸为9.3×5.5×1.25m。
2 车站结构计算模型及参数
2．1 计算模型
以MIDAS/GTS程序为分析工具， 考虑结构上作用有桥墩基础荷载，按照荷载—结构—弹性抗力整体模型进行内力计算，对结构的边界条件及受力特点作了相应的简化处理。由于高架桥在车站建成后施工，本文仅针对车站建成后使用阶段的受力情况进行分析，整体结构计算模型图如图3～4所示。
图3地铁车站整体结构计算模型
图4地铁车站梁柱桩结构计算模型
2．2 计算参数
车站范围各土层及参数见表1，车站结构材料的物理力学参数见表2。
表1 土层参数取值
表2车站结构物理力学参数
该地下结构所承受的荷载包括永久荷载、可变荷载、偶然荷载[6]。永久荷载主要包括土压力、水压力、设备荷载、车站与桥梁结构自重以及施工机具荷载等，可变荷载主要包括地面与桥梁车辆荷载及其动力作用、地下铁道车辆荷载及其动力作用、人群荷载、混凝土收缩及温度作用力、设备吊装荷载等，偶然荷载主要包括地震力[7]、人防荷载等。
上部高架桥荷载取值见表3。
表3上部高架桥荷载取值
2.3边界条件
侧向地层抗力和地基反力，根据温克尔弹性地基梁理论，分别采用水平弹簧、竖向弹簧来模拟土体对墙体(底板)水平位移和垂直位移的约束作用,弹簧只能受压，且注意弹簧的计算反力不应大于地基的承载力。由于车站底板下桩基持力层为中风化岩层,桩端沉降量在车站主体结构施工时已可忽略不计,简化采用桩端固接。
3 车站结构计算结果及附图
3.1 结构内力计算结果
1）顶板内力
（1） x方向轴力(Fx)（2）y方向轴力(Fy)
（3）x方向剪力(Vx) （4）y方向剪力(Vy)
（5）x方向弯矩(Mx) （6）y方向弯矩(My)
图5顶板内力图(对应GX7号墩基础部分)
2）车站结构柱最大轴力为24444KN。
3）车站底板处桩基最大轴力为12492KN。
3.2 结构变形计算结果
1）顶板位移
图6 顶板竖向位移云图
2）底板位移
图7 底板竖向位移云图
3）桩顶位移
图8 Φ1200桩竖向位移云图
图9 Φ1800桩竖向位移云图
4 结论及建议
通过对本工程结构进行有限元建模计算,着重分析了车站主体结构内力及位移的计算结果,并对主要工况的结果数据进行了对比分析,得到了以下几点结论。
（1）车站结构作为高架桥基础整体受力考虑，结构局部荷载激增且受力复杂。采取措施为调整车站各构件尺寸，从而增加车站整体刚度。车站主要构件尺寸如下：顶板中跨1300mm，边跨800mm～1300mm；底板厚1300mm，桥梁承台作用段中跨厚2300mm；框架柱（非承台处）Φ1100mm、钢管柱（承台处）：Φ1100mm顶底板厚度为1.3m,侧墙厚度800mm。
（2）由于需满足桥梁运营期间苛刻的沉降要求，要求车站结构变形极小。采取措施为通过在桥梁承台下方底板布设桩基，进一步限制车站变形。底板下基桩直径分为1.8m与1.2m两种，长度均为12m。
（3）地铁明挖车站与高架桥同位合建，这样既能减少拆迁量、避免市政管线二次迁改，也能缩短建设总工期、节约投资，在城市交通日益堵塞的今天，站桥合建为地下、地上空间结合开发提出了一个很好的解决途径，也为今后类似工程的设计提供借鉴。
参考文献
[1]王梦恕.我国城市交通的发展方向[J].铁道工程学报,2003(1): 43-47.
[2]王力勇,杨兆仁.地铁隧道下穿高架桥施工控制技术[J].市政技术,2010(4):101-103,135.
[3]叶茂,谭平,周福霖,等.高架桥对地面作用力的随机振动分析[J].工程力学,2009,26(3):128-133,139
[4]北京迈达斯技术有限公司.MIDAS/GTS操作指南.
[5]邸国恩.地铁车站与建筑地下室基坑工程整体支护设计[J].地下空间与工程学报,2009,5(增2):1637-1642.
[6]中华人民共和国建设部.地铁设计规范GB50157-2003[S].北京:中华人民共和国建设部,2003.
[7]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震设计规范GB50011-2010[S].北京:中华人民共和国住房和城乡建设部,2010.
作者简介：徐亮(1981-)，男，2005年毕业于中南大学，硕士，工程师，现从事隧道与地下工程的设计工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
