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铁道/道路・城市公共交通系统高架车站的新型结构形式探讨王云峰(中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063  高架车站是城市公共交通系统中高架线路的重要组成部分,其结构形式受功能的要求往往受力复杂,量庞大,对城市景观影响很大,因而制约着高架线路在城市公共交通中的发展。结合工程实例,介绍了一种新型的车站结构形式,并进行了必要的受力分析关键词 城市公共交通 高架车站 新型结构形式 受力分析中图分类号 Q233  文献标识码 A  文章编号 10094539(201006005903StudyonaNewStructureTypeofOverheadStationinUrbanPublicTransportWangYunfeng(ChinaRailway4thSurveyandDesignInstituteGroupCo.Ltd.,Wuhan430063,ChinaAbstract Theoverheadstationisanimportantpartoftheflyoversysteminurbanpublictransport.Tomeetthevariousfunctionalneeds,theoverheadstationusuallyhascomplicatedloadandmassdimensions,andinfluencescitylandscapegreatly,whichrestrainsthedevelopmentofflyoversysteminurbanpublictransport.Withpracticalinstances,thispaperintroducesanewstructuretypeofoverheadstation,andmakesforceanalysisindetail.Keywords urbanpublictransport;overheadstation;newstructuretype;forceanalysis1 引言城市公共交通是城市中公共汽电车轨道交出租汽车轮渡等供公众乘用的各种交通方式的总称,是城市重要的基础设施。其中的大容量快速公交和轨道交通近年来发展迅速,特别是拥有独立路权的高架快速公交系统和轻轨,由于运量大建设周期短投资较地铁小,吸引了众多城市关注。但是,因为系统的重要组成部分架车站受功能要求结构体量庞大,在一定程度上影响和制约了高架线路的应用和发展。笔者在工程实践中通过对传统的“合建结构形式高架车站的组成进行功能分析和改善其受力体系,探索出一种新型的高架车站结构形式,并已建成顺利投入运营收稿日期:201002232 高架车站的组成与典型的结构形式高架车站一般由站厅站台人行通道(天桥地面出入口等部分组成,在地面和站厅站厅与站台之间由于垂直高度不一样,需要楼扶梯连接按照站台与行车道的关系可分为侧式车站和岛式车站。由于大多数高架线路往往沿着既有的城市道路中央分隔带布置,高架车站一般布置成路中高架侧式车站,车站下需保证行车道的净空。根据站厅与桥梁的关系,其结构形式可归纳为分离体系和合建体系两类合建体系是将车站的站厅与桥梁的墩(独柱式或空间框架的立柱(空间框架式固结,不再单独设柱,车站结构整体性好,墩柱数目较少,与地面行车道之间一般没有冲突和干扰。因而,计中常常被采用,典型的结构形式有空间框架结构体系和独柱式结构体系。空间框架结构体系由于59铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY 2010(6
铁道/道路・结构体量较大墩柱数目多,一般用于客流量较大的换乘站和岛式车站,而更多的中间站则是采用独柱式结构体系受力状态。首先的思路是:如果能使站厅层和站台层一样与桥墩铰接,那么即可不再传递弯矩到桥墩,是传统的梁板结构即使采用了铰支,由于支点较多,桥墩横向仍然需要设长悬臂梁,受桥下净空的影响,整座车站高度反而会抬高。显然,只有采用自身具有强大的抗弯、抗扭能力的箱梁结构,减少横向支点个,那么桥墩只需横向设置较短的牛腿即可。牛腿的长度以两支座间距能满足站厅层横向稳定为原则,般情况下都在中央分隔带范围内或桥下净空的限界以外,不至于抬高车站的高度,见图23 独柱式结构体系路中独柱式高架车站从建筑功能布局上一般分为三层,即地面层过街通道和站厅层站台层;站台层位于三层,过街通道和站厅层位于二层。过街天桥一端与站厅层相接,另一端支承在设在人行道的墩柱上,左右两侧对称设置,见图11 站厅固结的独柱式高架车站横剖面 站台层结构因为采用了桥梁结构体系,通过支座支承在墩顶,无论上部的车辆荷载和人群荷载,其效应最终表现为支座反力(竖向力水平力和弯,可以很明确地传递到墩顶。但站厅层由于传统的习惯是采用类似于房建的梁板结构并与桥墩中部横向伸出的悬臂梁固结,即整个站厅层由主次梁板结构组成。荷载的传递路径为:主梁桥墩,天桥楼扶梯传递给站厅层以及站厅层自身的荷载首先通过纵梁与纵梁之间的板横向传给各纵梁,各纵梁再纵向传给两端的主梁,即桥墩横向伸出的长悬臂梁。这种结构形式要求主梁必须要有强大的抗弯抗剪抗扭能力。同时,由于主梁系固结于桥墩上的长悬臂梁,从而使桥墩不但承受竖向荷载还要承受强大的顺桥向弯矩(厅层作用于长悬臂梁的扭矩相对于桥墩为顺桥向弯矩和横桥向弯矩。桥梁跨径越大,顺桥向的弯矩效应越大因此,采用这种结构形式的已建高架车站,跨径都不大,多在20m以下否则,结构尺寸太大,不但抬高了车站高度,体量更显得庞大,使得车站通透性不强,景观效果较差2 新型独柱式高架车站结构示意4 新型独柱式结构体系探讨根据以上分析,解决高架车站结构体量偏大的关键是要改善站厅与桥墩的连接方式,从而改善桥墩的60采用这种新型结构形式的高架车站,其显著特征就是站厅层铰接支承在墩柱上,取消了桥墩横向设置的长悬臂梁而代之以牛腿,通过在牛腿上设置支座,解除了墩梁间的转动约束,改善了墩柱的受力状态,站厅层仅传递竖向力和水平力给墩柱,有顺桥向和横桥向弯矩存在为了减轻结构自重和降低梁高,站厅层箱梁可以采用强度较高、自重较小的钢箱梁,而不必考虑钢结构与混凝土结构之间的联结问题,从而有效地降低车站高度和进一步减小车站体量,改善车站的景观效果。站台层由桥梁结构和支承在桥梁结构上的站台板组成。桥梁结构采用单箱双室斜腹板连续箱,在外挂楼扶梯及疏散平台处,桥梁宽度通过跨间横隔板横向外伸并形成箱形结构实现加宽。整座车站上下两层之间通过楼扶梯连接,扶梯下两端分别铰接支承在站台层桥梁结构横向伸出的横隔梁和站厅上天桥与站厅层的连接方式同样通过支座铰接,基于相同的原因,天桥也采用钢箱梁铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY 2010(6
铁道/道路・桥墩天桥站厅层站台层以及层间楼扶梯共同组成整个车站结构,相互之间均通过铰接方式连接,传力明确,构造简洁(3由于车站上部结构体量大,比较突出的是车5 结构受力分析通过受力分析,整座车站结构相当于铰接支承在桥墩上的上下两层梁式结构,因而对梁部可各自分开计算,整体稳定性计算和抗震计算则需整体建模计算以下以采用本结构形式的某工程3×25m高架车站为例予以分析墩柱尺寸3.5m×1.8m,墩高10.2m;站厅站台按实际模拟(1上层车道梁为一横向局部带有长悬臂梁的三跨连续梁,平面尺寸见图3,箱梁横断面为单箱双室截面,梁高1.8m活载为轻轨B型车站台人群荷载及雨篷柱传递的风荷载等。其计算和常规的异型梁没有很大区别,横向均布置预应力,采用空间程序进行分析比较成熟,需要注意的是雨篷立外挂楼扶梯支点等处长翼缘悬臂板的局部检算站的整体稳定性和抗震能力。以下采用MidasCivil2006建立车站全桥模型,进行抗震能力检算,见图4桥墩、车站梁及站厅层钢箱梁均采用梁单元模拟,底采用线弹性支承模拟桩基及承台刚度,设计墩身截面尺寸3.5m×1.8m,墩梁间支座采用弹性连接。台层雨棚、站台、楼扶梯及天桥按竖向力在对应单元上施加相应反力。本车站地震动峰值加速度最大值0.15g,设计地震为第一组,建筑场地类别按考虑,场地特征周期为0.35s4 3×25m高架车站整体计算模型 车站结构前10阶自振频率、周期及振型见表1(2内力计算成果(见表231 车站结构动力特性频率模态周期/s(rad/s(cycle/s12342.663.463.503.934.235.0718.3420.1423.2424.070.420.550.560.630.670.812.923.213.703.832.361.821.801.601.491.240.340.310.270.26振型描述车站梁整体纵移车站梁及站厅钢箱梁同向横移车站梁与站厅钢箱梁反向横移站厅钢箱梁整体纵移车站梁一端横移站厅钢箱梁横移车站梁及站厅钢箱梁同向扭转车站梁及站厅钢箱梁反向扭转车站梁二阶反向扭转站厅钢箱梁纵向弯曲及横向扭转3 某高架车站3×25m车道梁平面(单位:cm5678910(2下层站厅层为简支或悬臂的钢箱梁,设计时应注意:钢箱梁应有足够的整体刚度,以满足强度变形以及自振频率的要求;作为人群密集的场所,其自振频率应按照天桥规范规定不低于3Hz;站厅层在全面积承受人群荷载外,局部要搭载天桥和楼扶梯,局部要承受设备用房水泵房,因此,整个站厅面积内的恒活载是不均匀的;站厅层纵横向平面尺寸均较大,即宽跨比较,且平面不规则;基于以上荷载非线形和几何非线形的原因,应采用空间分析方法,计算模型应考虑站厅铺装层的作用;由于在墩柱处开孔,使得站厅层中间纵梁没有贯穿到端横梁,底板开孔处较容易形成应力集中,应加强孔四周横隔板和纵肋2 横向地震+竖向地震部位墩底墩顶类别最大最小最大最小轴力kNm剪力2Y剪力2Z扭矩弯矩2Y弯矩2Z-153892321 142 1196 1081 31735-19343-2258-153-1085-1039-33697-107982106  5  48  0 5076-5509-14146-1909  2 -48 -13 纵向地震+竖向地震部位墩底墩顶类别最大最小最大最小轴力-14173-17400-9412-11455kNm弯矩2Y弯矩2Z27502439-329968-986124-115剪力2Y剪力2Z扭矩13418174816583400-132-2307-19-2214-35-20463(下转第9561铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY 2010(6
中铁一院包西铁路设计专栏・,且墩身均为圆墩,顺水流方向布置,桥渡上游侧第一线墩前壅水及下游侧最后一侧水位跌落现象基本与单线桥梁相同,而中间各线由于受上下游桥墩的掩蔽作用,均小于单线时候的情况。2 比较方案水工模型试验结果100年洪水300年洪水对于通常的单线桥梁或一次双线桥梁曲线布置常采用扇形布置法或平行布置法,对于桥墩对应设置的多线桥梁亦可以用扇形布置法进行曲线布,但本桥为顺应水流方向而每线设置一墩,常规的多线桥曲线布置方法势必不能满足本桥的设计,应该按六坐单线桥独立进行曲线布置。经检算,6座独立的单线桥进行曲线布置后各项指标均满足墩号012345678910111213墩前水位993.2993.64993.88993.16993.36992.8993.48993.1993.72993.36993.56994.28994.22993.92桥前8m水位992.08992.36992.4992.12992.16992.28992.38992.32992.52992.44992.44993.04992.72992.72浪高1.121.281.481.041.200.521.100.781.200.921.121.241.501.20墩前水位993.68993.96994.08994.08994.12994994.08994.12994.12994.52994.92994.76995.08994.56桥前8m浪高水位992.92993.08993.32993.32993.32993.12993.12993.24993.12993.08993.52993.6993.76993.560.760.880.760.760.800.880.960.881.001.441.401.161.321.00规范要求4 结束语随着新一轮铁路大规模建设的开展和铁路建设标准的提高,斜交多线桥在山区铁路选线中会经常遇到,特别是大角度斜交(水流于线路法线夹角,致使在以前许多关系到线路方案桥梁(大于45°的情况中不得不耗费投资而选择绕行方案。在目前没有明确的水文计算方法及经验公式的情况下,水工模型不失为一种行之有效的方法。通过水工模型试验解决相关桥渡问题,是确定线路方案及桥渡选型优化节省投资的有力保证。对于此类多线桥通常尽量采用直线布置,甘泉洛河大桥多线曲线布置的成功设计,对将来多线桥选线及设计积累了宝贵的经验资料参考文献1 王莉.西康线长哨车站特殊水文与多线斜交桥设计[J].3 多线斜交桥曲线布置本桥为多线斜交桥梁,且各线桥墩均顺应水流方向每线设置一墩,全桥位于甘泉车站直线段及部分曲线段上,因此该桥的曲线布置亦是全桥设计重  (上接第61(3墩顶位移计算成果(见表44 墩顶位移计算成果地震类别DX/mmDY/mmDZ/mmRX/radRY/radRZ/rad重庆交通学院学报,2001(3桥梁设计规范要求6 结束语从以上分析可以看出,这种新型结构形式可以有效地改善高架车站的受力状况,无论车站的动力性能还是。虽25m,但根据计算结果,把站厅跨径增加至30m+1.64E22.60E2最大 0.27 18.05-1.6603056.40E205最小-0.16-18.70-2.03-1.58E2-1.20E2-5.90E20305054.00E206+2.50E23.20E2最大 28.71 0.36-1.660503是可以的在景观上,这种结构形式使高架车站的站台层和站厅层跨径同步且可与区间桥梁的跨径一致,站厅下无须再设辅助墩,使得高架车站显得简洁大方轻盈通透,从而能有效地改善高架线路的整体景观,推动高架线路在城市公共交通体系里的快速发展95最小-21.23-0.36-2.03-2.50E2-2.36E2-4.00E2050306检算结果:车站有足够的整体稳定性;车站主墩在地震荷载作用下处于线弹性范围内,满足现行铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY 2010(6

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