城市轨道交通高架桥抗震分析

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1、第一章绪论从全世界城市交通发展趋势米看，城市轨道交通具有运量火、速度快、安全可靠，和I其它交通干扰少等特点，将成为我国大中城市解决交通拥挤的首迸方式。我国现有超过百万人口的大城市30多座，到2000年将达到4l座，目前已有17座城市正在积极修建或筹建城市轨道交通．拟建线路总长已超过200公里，规划线路总长超过1000公里。城市轨道交通主要包括地铁和轻轨。通常，在城市公交客运方式中．公共汽屯车的客运能力最小，其单方向高峰小时的擐人客运量约4-8千人次；而客运能力晟人的则是地铁，其单向高峰小时客运量可达3-6万人次，甚

2、至更高；在这两者之间即8干．3万人次的范同，属丁中等客运量，由轻轨交通方式米承担。轻轨交通的客运能力虽然只l圩地铁运能的I／3．I／2，但这种中等运鼙的“客运走廊”止是我国人中城市普遍存在的现状。据国外经验介害if{．轻轨交通的建l歧投资要比地铁少得多，通常轻轨每公里造价指标约III地铁的l，3．I，5。考虑中国国情的轻轨交姬成套技术研究初步资料表明，其指标约l‘l我国地铁现实造价的I／6．I／8。这将人人改善轻轨建设的投资条件。使经济承受能力有限的我国城市，筹建轻轨交通更具有现实性。所以除了北京、天津、上海、广州

3、、青岛等少数儿个城市修建地铁外，其它人中城市将以发展轻轨交通为主。城市轨道交通的线路可以为地面、地下神I高架。由于人多数线路在ih区通过，一般摊除地面线的可能性。为了减少投资．国外七十年代以后发展的地铁由于高架技术的日趋成熟(噪音、振动得到解决)，高架部分的比例有了明显的增加。例如，1977年荷兰阿姆斯特丹建成的234km地铁线有199km采用高架，1984年美国迈阿密建成的33．6km的地铁线有27．5km采JH高架．同年，爱尔兰都柏林建成的36km地铁线采用全高架线方式等等。线路高架化足指轨道交通的线路尽可能多

4、地采用高架形式．线路高架化可以有效地克服诸如地F水位高，十质著等白然条件对地r线路建设币I使刚带米的不利冈素，它也是降低造价和运营费I；}j以及缩短I．期的最有效措施。据统计，全tH=界49l条城市轨道交通线路总K7016km，其中高架地而线为4248km，。‘i61％。我国上海轨道交通明珠线，武汉轻轨1号线均为全封闭高架线路。§1．3轨道交通高架桥抗震分析特点1、轨道结构在桥梁地震反应中的作用与普通高架桥相比，轨道交通高架桥一个突出特点便是桥面包括轨道系统。国内外铁路桥梁抗震规范都忽略了轨道结构在桥梁地震反应中的

5、作用。实际上．当桥墩顺桥方向振动时，不管上部为连续粱还是简支梁．线路钢轨都具有一定的顺桥方向的弹性约束。何度心19I曾通过铁路粱式桥所受制动力雨l地震力的试验分析，认为轨道对桥墩的纵向弹性约束系数k'=50at／厘米；罗学海、朱蒇、谢蓬萱mI认为其弹性约束系数k1可近似取_l=I{桥墩本身k值的1，3。胡人礼⋯’认为当桥上采抖J简支梁时，可粗略地采取k1=／：EA／L，这里E为钢轨的弹性模量．A2第一章绪论为两搬钢轨的横截面面积(当有护轨时可考虑计入护轨的横截面)，L为一孔梁的匠度。(为一系数，它考虑由于钢轨锁定能

6、力有限，钢轨承受轴向力太人时可能发生移动，从而减小k。值。(值应根据试验确定，一般可粗略地考虑<=0．3—05。通过简化的单墩模型(钢轨影响用线弹簧模拟，如图lI所示)分析，轨道纵向弹性约束使桥墩的整体刚度增人，但由于纵向弹簧承受了一部分地震力，从而使墩身内力减小，也就是说会改善墩身的受力情况。但用线弹簧模拟钢轨存在以‘卜JL个缺点：I)根据实测桥墩频率推算的线弹簧刚度的离散性很人，无法定量确定其值：2)钢轨的纵向约图I．1单墩模型束作_l_Ij是通过钢轨与粱之间的连接零件(主要是扣件)米实现的．不考虑它们的作州是

7、火真的；3)强震作_Hj下这种约束作用并不能保证发挥山来．实际上当地震力过人时，钢轨与粱之间可能呈滑穆状态或扣件已破坏：4)线弹簧并非支持在刚性基础上，而是与其它桥墩联系起米，地碰时也可能从邻墩通过弹簧传来的是干扰力。可见，基于用线弹簧模拟钢轨影响的单墩模型从机理上存在着问题．我国兴建的轨道交通高架桥人多采明无碴轨道和无缝钢轨，不同了二普通桥梁上的有碴轨道结构。显然，对于无碴轨道结构在桥梁地震反应中的作_lIJ还值得探讨。轨道结构以及在轨道交通高架桥中广泛使Hj的橡胶支座使得高架桥的地震反应贝有整体耦联性。在建立轨

8、道交通高架桥地震反应的全桥模型中．如何模拟轨道结构的影响还有待研究。这也正是本文所要解决问题的关键所在。2、后继结构的影响城市轨道交通线路相邻两车站之间高架桥一般欧达l公里以上。在对高架桥进行地震反应分析时，我们不可能取全桥结构，只能取具有典型结构或特殊地段域有特殊构造的几跨高架。由丁桥面系轨道结构使轨道交通高架桥的动力耦联性加强，相邻屙继结构对所取桥跨的地