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“桥建合一”型高架车站实测分析及结构减振优化
谢伟平;黄望炜;叶建能;金卫忠;马超鹏;花雨萌
【期刊名称】《噪声与振动控制》
【年(卷),期】2024(44)3
【摘要】针对“桥建合一”型高架车站振动舒适度问题,以某一典型“桥建合一”型高架车站为研究对象,对列车运行引起的楼板振动进行现场实测分析,并基于车桥耦合分析理论,建立高架车站精细化有限元模型,从振源、传递路径和受振体对高架车站进行结构减振优化分析。
研究表明:“桥建合一”型高架车站所受车致振动影响严重,站厅层振动敏感区为跨中楼板中心;通过提升轨道梁弹性模量、适度增加层高、在站厅层区域楼板中心布置次梁以及铺设浮筑楼板的方法均可减小楼板振动响应,但单独采取某一结构减振优化措施效果较差;同时采取以上4种结构减振优化组合措施时减振效果良好,减振后楼板中心的最大Z振级为73.15dB,减振量达
13.54dB,满足振动舒适度要求。
【总页数】8页(P8-15)
【作者】谢伟平;黄望炜;叶建能;金卫忠;马超鹏;花雨萌
【作者单位】武汉理工大学土木工程与建筑学院;金华轨道交通集团有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TU311.3
【相关文献】
1.桥建完全合一单跨高架车站结构优化设计
2.基于Midas civil的桥建合一高架车站结构抗震分析
3.横向双柱\"桥建合一\"高架车站结构分析
4."桥建合一"型地铁高架车站振动与结构噪声测试研究
5.城市轨道交通建桥合一长联无缝高架车站结构设计与施工优化
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轨道交通与快速路共路由敷设方案的一体化研究郑小康【摘要】随着经济快速发展和城市化水平的不断提高,土地紧缺、环境污染、交通堵塞等已成为城市发展面临的突出问题.基于目前城市快速路与轨道交通的持续建设,有限的廊道会导致城市快速路与轨道交通最终选择同一路由,随着轨道交通、快速路网络的发展,一体化的建设模式将有较好的应用前景.根据快速路与轨道交通不同的敷设方式,分析轨道交通区间、车站与快速路在同一廊道布置存在的问题,以温州市快速路与轨道交通项目的研究为依托,就快速路与轨道线路一体化方案进行分析,从而得出较为合理的共建方案,为今后的两大工程一体化的建设提供指导.【期刊名称】《都市快轨交通》【年(卷),期】2018(031)006【总页数】8页(P97-104)【关键词】轨道交通;快速路;敷设方案【作者】郑小康【作者单位】北京城建设计发展集团股份有限公司,北京100037【正文语种】中文【中图分类】U212.31 研究背景作为中心城区核心的主城区，交通系统承担的交通压力越来越大，主要道路服务水平逐年下降、拥堵范围逐年扩大，已成为当今城市发展所面临的普遍问题，构建城市立体交通，倡导公共交通，对缓解交通拥堵、改善环境等具有重要作用，在交通建设方面除兴建轨道交通外，各地也越来越重视城市快速路的建设。
虽然交通建设投资不断增加，但经济和社会活动日益频繁，各种出行需求迅速加剧，道路状况严峻，供需平衡较为脆弱，甚至呈现恶化的趋势。
为适应交通需求增长、改善城市环境、节约土地资源、提高路网运行效率，国内外各大城市已将道路交通建设重点转向地下[1]。
由于用地条件及道路交通资源的限制，现有的交通条件难以满足主城区交通疏解的需要，发展快速、立体的交通方式来改善主城区交通是行之有效的措施之一。
鉴于城市地下交通发展的趋势，市内、城际交通走廊尚需面对轨道网络与地下快速通道网络在地下空间使用上的冲突。
同时，从实施角度上，也将因两者建设时序不同而带来工程难点，引发额外费用[2]。
1初步设计方案概况青岛地铁四号线纵贯青岛南北，南至栈桥附近的人民会场站，北至崂山入山口大河东村。
沿途经过青医附院、市立医院、海慈医院、儿童医院等三甲医院。
因此，是一条旅游专线、医疗专线。
劲松七路站位于辽阳东路与劲松七路交叉口处，沿辽阳东路设置，车站主体位于辽阳东路南侧下方，与规划地铁5号线换乘，为明挖车站。
距高档住宅小区海尔东城国际，埠东佳院，温哥华、青建橄榄城等较近。
车站为地下二层（换乘节点三层）14m岛式站台车站，采用双柱三跨、局部单柱双跨的结构型式，全长472.7m，标准段宽为22.9m。
车站共设5个出入口，2组风亭。
预留物业开发部分设置5个出入口，2组风亭。
2初步方案存在的问题2.1管线改移路由问题辽阳路上车站范围内现状管线共有8种；道路北侧敷设的管线主要有DN250热力、通信光缆、DN4000中压燃气、DN300给水、DN400中水管道。
道路南侧敷设的管线主要有通信光缆、DN500给水、DN300污水、DN400雨水管道；中间隔离带内辐射有2×2m电力隧道。
地铁明挖车站与快速路高架桥合建方案研究Study on the Co-Construction Scheme of Subway Open-Digging Stationand Expressway Viaduct张旭海（中铁二十五局集团第五工程有限公司，山东青岛266101）ZHANG Xu-hai(TheSTHEngineeringCo.Ltd.ofChinaRailway25th BureauGroup，Qingdao266101,China)【摘要】随着我国经济水平的高速发展，城市人口快速增长，导致城市交通状况日益恶化，成为城市发展经济的瓶颈之一，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。
在青岛市这样的繁华老城区，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，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，为地下、地上空间结合开发提出了一个很好的解决途径。
摘要以武汉市一座地铁车站及高架桥共建体为研究对象，借助于SAP2000 软件建立该车站与高架桥的分析模型，对该结构进行整体有限元计算，将所得计算结果作为评定该工程共建方案可行性的主要依据。
关键词地铁车站高架桥模态参数非线形时程分析1 引言通过有限元计算软件进行复杂结构的模拟计算，是近几十年来建筑结构设计的一个主要发展趋势，成为解决现代复杂结构设计的重要手段。
随着全国各大城市对地铁建设的加速发展，地铁建筑与城市市政及周边建筑等一些相关设施之间也将遇到越来越多的复杂问题，比如与其相邻的高层建筑、公共建筑、市政地下管网等的保护工作。
对于上述所遇到的复杂情况，用一般常规计算方法已经不能满足实际工程设计的需要了。
武汉市某一地铁车站由于场地有限，必须与其上的二环线高架桥共建成为一体。
为了科学合理地对车站结构与高架桥的共建方案进行有效的分析研究，本文主要采用了SAP2000 有限元软件进行本工程结构的分析计算，通过计算结果得出相应的结论，为今后类似工程的设计提供一定的参考。
2 工程概况该地下建筑位于武汉市中心，地铁10 号线与6号线交汇处，两线站台呈T 形布局，10 号线与 6 号线互为岛岛换乘，车站总建筑面积为26 598 m2。
本站10 号线为21 m 宽岛式站台，地下两层结构，基坑深度约17．84 m，基底土层主要为粉砂夹粉土、粉质黏土，局部为粉细砂层; 6 号线为14 m 宽岛式站台，地下三层结构，基坑深度约25．7 m，基底主要土层为粉细砂层。
该车站场地属长江Ⅰ级阶地，地下水位较高，基坑周边不宜采用放坡开挖及土钉墙支护，应选用有隔水效果的墙体系围护结构，结合周边环境和当地经验，经比选: 10 号线选用800 mm 厚地下连续墙作围护结构，地下连续墙不入岩; 6 号线选用1 000 mm 厚地下连续墙作围护结构，地下连续墙入岩。
地铁车站与二环线高架桥平面布置如图1所示。
本地铁车站结构的主要特点: 10 号线地下二层站方向有5 个高架桥桥墩落入地铁车站主体结构内，形成共同受力体系。
城市轨道交通系统高架线综述城市轨道交通系统高架线，指的是城市轨道交通中处于高空的路线部分，也就是架设在桥梁、立柱、悬挂索等结构上的轨道交通线路。
此类路线一般是在深度较大的河流、交通枢纽、市中心等地区设置，是轨道交通系统中的重要组成部分。
高架线的优点拥堵缓解城市交通压力大，道路的行驶速度慢，很难满足市民的需求。
而高架线的设置可以大大缓解市区拥堵的交通状况，降低拥堵的压力。
空间利用率高城市地面的空间有限，而在地面上铺设铁路难免占用道路面积，同时也不便于扩容。
而高架线可利用高空空间，不占用地面空间，从而提高城市空间利用率。
减少污染城市道路上的燃油车辆会产生空气污染，而高架线上的轨道交通则是电力驱动，不会排放尾气，因此对城市环境的污染有一个非常有益的作用。
贯穿市中心城市轨道交通高架线的优点还在于，可以穿越市区，使得市区中心的人们可以在不影响交通的情况下方便地移动。
同样，也方便了游客的旅行。
高架线的缺点对景观的影响高架线十分突出，任何建筑在其旁便显得相形见绌。
一些人认为这种景观给城市带来了一些负面效应，影响了城市的美观度。
施工时间长高架线的建设过程复杂而耗时。
从修建线路，到架设桥梁、立柱，再处理其他相关设施，这整个过程，往往需要几年的时间。
桥、立柱的使用年限问题高架线的桥、立柱需要承受车辆、人群等大量的压力，难免会出现老化，进而引发一系列问题。
城市轨道交通高架线的设计车站的位置城市轨道交通高架线的车站位于哪里会影响城市的整体规划。
应该在哪些位置设置车站需要考虑很多因素，如人口密集程度，交通状况等等，一方面方便经常使用的市民，另一方面也要兼顾整体规划的落实。
架设方式和建材的选择高架线的架设方式和建材的选择也会影响城市轨道交通系统的整体规划和设计。
架设方式可以影响建筑物风格和美观度，而建材的选择则会影响系统的安全、使用年限和后期维护等方面。
设计考虑安全和可持续性在城市轨道交通高架线的设计过程中，必须考虑到乘客和工作人员的安全，同时也要考虑到这种交通系统的可持续性，包括使用材料的环保性、能源的利用效率以及对城市环境的影响等。
轨道交通⾼架线特征分析轨道交通⾼架线特征分析1.1线路特征线路特征含平⾯、纵断⾯、横断⾯等⽅⾯，是⼀条轨道交通线路的核⼼特征，它集中体现了轨道交通线路的功能定位，反映了轨道交通线路与城市规划、市政道路等的相互关系。
图1-1 ⾼架线路1.1.1平⾯特征⾼架线与轨道交通的其他敷设⽅式⼀样，线路平⾯的确定主要是依据城市总体规划、综合交通规划和轨道交通线⽹规划，以带动城市发展、疏解客流为主要⽬的，沿城市的主要道路敷设的。
根据线路所处的区域及线路的不同功能定位，可采⽤不同的最⾼速度及最⼩曲线半径标准。
1.1.2喇叭⼝⾼架线车站站台形式有岛式站台及侧式站台等两种。
在早期的⾼架线中，侧式站台应⽤较多，⽽在近⼏年建设的⾼架线中，为更好的应对潮汐客流，提⾼站台的利⽤率，减少车站设备数量，降低运营管理成本，越来越多的⾼架线选⽤岛式站台。
⾼架岛式车站⾄区间由于线间距不同，需要采⽤曲线将左右线各⾃连接起来，形似喇叭，故称“喇叭⼝”。
（这是⼀个⽐较宏观的课题，⽆需介绍具体的细致数据，也各不⼀样。
因此把线间距的描述删了）喇叭⼝依其形状可分为对称喇叭⼝、单偏喇叭⼝、⾮对称喇叭⼝、不规则喇叭⼝和缩短喇叭⼝等，如下图所⽰。
其中（a）图为对称喇叭⼝，（b）为单偏喇叭⼝，（c）为⾮对称喇叭⼝，（d）（e）（f）为不规则喇叭⼝，（g）为缩短喇叭⼝[7]。
图1-1 喇叭⼝形式⾼架线喇叭⼝的长度受线间距变化值及曲线半径的限制，⼀般情况下较长（可长达200⽶），导致景观效果相对较差。
图1-2 新加坡东西线巴西⽴站喇叭⼝俯视图为减⼩喇叭⼝的长度，改善区间景观效果，可采⽤鱼腹式站台。
所谓鱼腹式⾼架车站就是在车站内设置曲线，使站台中间宽，两端窄，站台平⾯宛若鱼腹形状，从⽽⼤幅度缩短喇叭⼝的长度，如图1-4所⽰为南京地铁2号线⾼架车站采⽤鱼腹站台后与直线站台的喇叭⼝长度对⽐⽰意图。
图1-3 鱼腹式车站与普通岛式车站喇叭⼝段长度⽐较[i]纵断⾯特征⾼架线的纵断⾯特征主要是桥下的净空尺⼨。
关于苏州轨道交通8号线和顺路站是否与高架桥合建的研究摘要：以苏州轨道交通8号线和顺路站与星港街北延高架为例，介绍了地铁车站与高架桥分建、合建方案，分析了各种方案的优缺点，结合本工程实例提出了几点建议，以期为类似工程项目的设计提供指导。
关键词：和顺路站；高架桥；分建；合建引言随着城市化的飞速推进，像高架桥这样的公路桥梁总数已经突破了80万座。
同时，全国各省会及经济发达的地级市均在进行轨道交通规划、建设。
公路桥梁与轨道交通线网均主要位于城市交通主干道上，存在大量路由重叠或交叉的情况。
目前已有广州、武汉、成都、合肥等地将高架桥与轨道交通结合设置的情况。
本文结合苏州轨道交通8号线和顺路站与星港街北延高架工程实例，研究城市高架桥与轨道交通是否应合建，若要实现城市高架桥与轨道交通的结合设计、同步实施需要哪些先决条件、存在哪些难题。
1 苏州轨道交通8号线和顺路站与星港街北延高架工程实例1.1工程概况苏州轨道交通8号线和顺路站位于扬贤路与和顺路路口，沿扬贤路南北向敷设。
站位东北象限现状为华工自动化有限公司；西北象限现状为源德福科技有限公司；西南象限现状为黄天源食品厂；东南象限现状为八方电气厂。
周边规划以工业用地为主，均已实现规划。
星港街北延高架沿杨贤路南北向敷设，与和顺路站及前后区间路由基本重叠。
详见图1。
图1 苏州轨道交通8号线和顺路站站位示意图目前，星港街北延工程已完成项目选址意见书、规划调整、项目方案公示、拆迁审批程序及项目环评等前期手续，但受拆迁进度影响尚未实施。
轨道交通8号线和顺路站目前处于初步设计阶段，预计2020年底前开工建设。
1.2分建方案一（不同路由、结构分离）分析和顺路站设于星港街北延高架桥东侧，为地下两层11m岛式车站，车站站前设单线双列位停车线，外包总长为317.8m，标准段宽19.7m。
总建筑面积约17251.0㎡；车站埋深16.61m。
车站共设4个出入口，3组风井。
图2 和顺路站与高架桥分建方案一示意图优点：1、车站与高架桥分建，两者结构之间留5m安全距离，施工互不影响；2、车站按常规设计，造价较低。
摘要以武汉市一座地铁车站及高架桥共建体为研究对象，借助于SAP2000 软件建立该车站与高架桥的分析模型，对该结构进行整体有限元计算，将所得计算结果作为评定该工程共建方案可行性的主要依据。
关键词地铁车站高架桥模态参数非线形时程分析
1 引言
通过有限元计算软件进行复杂结构的模拟计算，是近几十年来建筑结构设计的一个主要发展趋势，成为解决现代复杂结构设计的重要手段。
随着全国各大城市对地铁建设的加速发展，地铁建筑与城市市政及周边建筑等一些相关设施之间也将遇到越来越多的复杂问题，比如与其相邻的高层建筑、公共建筑、市政地下管网等的保护工作。
对于上述所遇到的复杂情况，用一般常规计算方法已经不能满足实际工程设计的需要了。
武汉市某一地铁车站由于场地有限，必须与其上的二环线高架桥共建成为一体。
为了科学合理地对车站结构与高架桥的共建方案进行有效的分析研究，本文主要采用了 SAP2000 有限元软件进行本工程结构的分析计算，通过计算结果得出相应的结论，为今后类似工程的设计提供一定的参考。
2 工程概况
该地下建筑位于武汉市中心，地铁 10 号线与 6号线交汇处，两线站台呈 T 形布局，10 号线与 6 号线互为岛岛换乘，车站总建筑面积为 26 598 m2。
本站 10 号线为21 m 宽岛式站台，地下两层结构，基坑深度约 17． 84 m，基底土层主要为粉砂夹粉土、粉质黏土，局部为粉细砂层; 6 号线为 14 m 宽岛式站台，地下三层结构，基坑深度约 25． 7 m，基底主要土层为粉细砂层。
该车站场地属长江Ⅰ级阶地，地下水位较高，基坑周边不宜采用放坡开挖及土钉墙支护，应选用有隔水效果的墙体系围护结构，结合周边环境和当地经验，经比选: 10 号线选用 800 mm 厚地下连续墙作围护结构，地下连续墙不入岩; 6 号线选用1 000 mm 厚地下连续墙作围护结构，地下连续墙入岩。
地铁车站与二环线高架桥平面布置如图 1所示。
本地铁车站结构的主要特点: 10 号线地下二层站方向有 5 个高架桥桥墩落入地铁车站主体结构内，形成共同受力体系。
落入车站主体结构内的高架桥为多跨连续钢箱梁结构，最大跨度达 55 m，桥桩直径分为 1． 2 m 与 1． 5 m 两种。
3 整体结构有限元分析模型及参数
主要以 SAP2000 程序为分析工具，建立整体结构分析模型，对结构的边界条件及受力特点作了相应的简化处理。
由于高架桥在车站开挖阶段的受力分析已由桥梁设计单位验算，并做了相应的处理措施，本文仅针对车站建成后使用阶段的受力情况进行分析，整体结构计算模型如图 2所示。
3． 1 计算参数
车站范围各土层及参数见表 1。
该地下结构所承受的荷载包括永久荷载、可变荷载和偶然荷载，结构所承受的永久荷载包括: 结构自重、吊顶自重、装修面层自重、顶板覆土荷载、上部桥梁传来的恒荷载、侧土压力、水压力; 可变荷载包括地面汽车活载、人群荷载、设备荷载、列车荷载及上部桥梁传来的活荷载等。
根据中国地震动参数分布图可知武汉地区属 6 度区，而本工程为乙类建筑，
Ⅱ 类场地，根据《建筑抗震设计规范》( GB 50011 －2010) 中的要求应按 7 度进行设防。
3． 2 边界条件
计算时分别用布置于节点上的水平弹簧、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。
由于二环线桥桩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． 3 单元模拟
本模型单元类型的选择见表 2。
4 整体结构有限元计算结果及分析
本文运用 SAP2000 有限元分析软件对本工程的模型进行了分析计算，得到了结构在弹性状态下的自振频率，以及在使用阶段恒载与活载各工况、6 度地震时程加速度曲线工况下的最大内力及变形，并对其结果作了相应分析( 尽管《建筑抗震设计规范》中 6 度区可不作地震作用分析，但考虑到本车站与高架桥共建，受力情况复杂。
为了充分了解 6 度地震下的结构受力情况，还是做了非线形时程分析) 。
根据《建筑抗震设计规范》( GB 50011 － 2010) 中 5． 1． 2 条的要求，采用二组实际强震记录和一组人工波，考虑到SAP2000 中在做非线形有限元分析时，反应谱法是不合适的，本文只做地震波的时程分析计算。
三组地震波曲线如图 3 所示。
4． 1 整体结构模态参数
结构的整体模态参数具体可见表 3。
根据地质勘察报告可知本工程场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，由《建筑抗震设计规范》表 5．1． 4 － 2 查得场地的特征周期值为0．35 s，从表3 可以看出本工程结构前五阶振型的周期均远大于 0． 35 s，避免了地震时共振现象的发生。
4． 2 整体结构计算桥桩内力分析
本工程由于整体受力复杂，落入车站主体结构内的桥墩数共有 5 个，其中跨度最大的桥墩( 跨度达55 m) 为 D04 和 D05墩位，墩位下为 4 根1． 5 m 直径钻孔灌注桩组成的基础系统。
对比内力计算结果，D05 墩位下的桥桩受力最为不利，故本文选取 D05 墩位下的桥桩为研究对象，计算简图如图4 所示，计算结果及分析见表 4 ～表 7。
从表 4、表 5 中的数据内容，可以很明显地看出，有地震作用参与的工况与恒 + 活载设计值工况相比，在轴力、剪力、弯矩值各方面均要小于恒 + 活载设计值工况的结果。
而且地下一层构件( 311、316 构件) 与地下二层构件( 310、315 构件) 相比，弯矩和剪力值减少的幅值更大，轴力值的增减基本相当。
从另一方面比较，二组实际地震波与一组人工波的计算值都比较接近，差异值较小。
从以上分析可以看到，6 度区地震作用效果是不明显的，这与《建筑抗震设计规范》中 6 度区可不进行地震作用计算的要求相吻合。
4． 3 整体结构计算桥桩的位移分析
由于本工程桥桩落入车站主体结构，桥桩位移的大小是设计所关心的重要指标，通过有限元计算，得到桥桩与车站主体结构相交处关键点的位移值，见表8。
从表 8 中，可以看到水平位移 UX 方向在二层底板处达到最大值－1 mm，水平位移 UY 在中板交点处最大值－0． 8 mm，而竖向位移 UZ 在车站顶板处最大值－6． 3 mm。
从地震作用时程分析结果( 由于数据太多，仅列出22256 号点 ELCENTROL 波的位移时程图) 可以看出，其各方向位移最大值均小于恒 + 活设计值工况下的相应值，且振幅也较小( 0． 55 mm 以下) ，同时从数据统计中显示，在中板处的水平位移较大，这是因为中板相对顶板和底板来说，厚度较小，刚度也较小的缘故，使其对桥桩的约束较弱。
从变形的角度也可以得出同样结论: 本车站在 6 度地震作用参与的工况下变形很小，可以不作为控制性工况考虑。
5 结论
通过对本工程整体结构进行有限元建模计算，着重分析了落入本工程车站主体结构内的桥桩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，得到以下几点结论。
( 1) 通过数据统计对比分析，可知本工程落入主体结构内的桥桩受力及位移结果均在可控范围内，共建方案是可行的。
( 2) 由于本工程结构受力形式复杂，虽然武汉属于 6 度区，仍选用了三组地震时程曲线对结构进行了非线形分析，所得结果与静力条件下的恒 + 活载设计值工况相比，在内力和位移结果上均较小，这与《建筑抗震设计规范》中 6 度区可不进行地震作用计算的要求相吻合，可为今后类似工程设计作一定的参考。
( 3) 从计算结果的图表中，我们可以看到，落入车站主体结构的桥桩构件，在轴力上有较大的增加，压力达到了 12 099． 6 kN，弯矩和剪力值也都有相应提高，使得在此范围内的桥桩受力相对复杂，应该引起设计人员的重视，同时对桥桩与车站主体结构的连接处也应作更细致的构造处理，以达到合理传递内力，真正保证共建方案安全实施。
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