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1、城市轨道交通高架车站结构动力分析的论文提 要 针对高架车站结构特点,对其在列车动载作用下的动力响应进行分析,探索了一种高架车站动力分析的理论形式。关键词 城市轨道交通,高架车站,动力分析 高架车站是城市轨道交通(地铁、轻轨)结构与高架桥的有效融合,满足了高架车站建设中出现的新型结构体系。高架车站既的功能(行车和车站的综合功能)。目前上不是单一的房屋结构,也不是单一的桥梁结海和南京有许多空间框架式高架车站正处构,而是一种桥梁和房建相结合的结构体于规划或建设之中。系。文献[1]列举了三种结构形式的高架车站,其中空间框架式车站结构性能较为独特,拟
2、为本文的研究对象。1高架车站结构特点高架车站先形成空间框架结构(2～4层),再在其上布置行车板梁(上设轨枕、钢轨等),供地铁或轻轨列车行驶。.连续板梁通过支座单支撑于框架中立柱上,双支撑于图1 空间框架式车站结构框架横梁上。列车荷载通过板梁和支座传空间框架式车站结构实质上把桥墩作递至站房结构的中立柱和框架横梁上。室为房屋框架结构的一部分(中立柱),框架纵内车站设置网架或网壳屋盖,露天车站仅设横梁均能对桥墩起到约束作用,结构整体性置防护栏和雨棚(图1中没有画出)。框架和稳定性好。高架车站不同于普通的车站建筑,它必须承受轨道列车直接的动力作用,活
3、载占的比重大且受载点不断变化。列车动力荷载通过板梁和支座传递至站房结构的中立柱和框架横梁上,作用于整个框架体系,这是高架车站与一般房屋建筑的本质区别。图2 高架车站细部图(桥梁与框架的连接)2动力分析方法探索针对桥建合一高架车站的结构特点,论文提出一种分析思路,该思路综合了桥梁和房建两种结构的分析理论和方法。通过建立两个动力模型求解高架车站在列车动载作用下的动力响应和受力变形规律。(1)首先把高架车站看为一个整体连续梁桥,支座以下的框架结构部分可以看作连续梁桥的一系列桥墩。高架车站按照连续梁桥的分析方法,建立二维的列车2桥梁动力分析模型,由n
4、eark2β法逐步积分,通过模拟分析求得作用在框架部分的时程荷载,也就是板梁通过支座传给一系列桥墩(实际为高架车站的框架结构部分)的动反力。(2)在求得作用在框架结构上的时程荷载之后,以支座动反力为外荷载,通过有限元离散化,建立框架结构三维动力分析模型。采用国际通用的sap93结构静动力分析程序,求解高架车站在列车荷载作用下的动力响应。其原理是采用子空间迭代法求算结构自振频率和振型,然后采用振型叠加计算动力响应。这就是笔者针对框架式车站的的结构特点所提出的“两步分析法”。这种分析方法所依据的假定如下:(1)在建立连续梁模型时,竖向刚度很大的框
5、架部分被视为一系列桥墩,认为是固定不动的。不考虑空间框架振动对车桥体系动力作用的影响。(2)为简化分析,仅考虑了车桥体系对框架部分的竖向作用。3计算结果与分析3.1列车-桥梁体系动力分析图3 二维车桥体系动力分析模型图4 支座动反力的波形图表1是7个支座冲击系数的比较。可以看出,随着速度的增加,各支座的动力系数相应增大;相同速度下各支座动力系数相差不大,但中间支座动力系数大于边支座。各支座动力系数表1 3.2框架体系动力分析在求得列车运行时作用在框架部分的动反力r(t)的波形后,即可以通过三维动力有限元程序(如analysis或sap)来分析
6、框架车站模型。图5 框架动力分析模型该车站属“高架三层双侧式站台”的车站,横向框架为三柱二跨式(图1)。一期建成车站总长度为150m(远期190m),本工程在车站中部设一道伸缩缝,把结构分为两部分,每一部分六跨,每跨12m,共72m长。车站宽为24m。一层高516m,二层高418m,三层为站台层。各部分的截面尺寸如下:框架中柱1.3m×1.3m,框架边柱1.0m×1.0m,框架横梁1.0m×1.4m,框架纵梁0.6m×1.1m。预应力混凝土梁采用c40,普通梁柱采用c30,板采用c20。采用空间梁单元模拟框架结构体系,建立有限元空间模型。框架
7、梁柱间均为刚结,柱底的边界条件全部为固结。框架车站(三柱二跨式)通过有限元离散化,可以分为203个节点,240个梁单元。在地铁(轻轨)列车通过高架车站的整个时间范围内,把7个位置的动反力r(t)同时加在框架部分的7个加载点上。通过有限元动力分析程序sap93进行动力时程分析,求算高架车站的动力响应。图6和图7为第一支座下节点的横向弯矩和纵向弯矩时程图(把垂直列车行进方向定为横向,沿着列车行进方向定为纵向)。各节点的内力时间历程曲线形状基本相似。随着车速的增加,各点内力的峰值相应增大,表明冲击系数增大。节点横向弯矩要远小于纵向弯矩,纵向弯矩和轴
8、力成为内力分析中的控制因素。图6 横向弯矩时程图(v=40km/h)图7 纵向弯矩时程图(v=40km/h)表2是7个加载点的三个方向的动位移峰值表。框架结构上各点
