[发明专利]一种地铁车站-高架桥同位合建抗震韧性结构及设计方法

说明书

本发明公开了一种地铁车站‑高架桥同位合建抗震韧性结构及设计方法，包括明挖基坑及其围护结构、双层双跨地铁车站结构和高架桥结构。地铁车站结构的中柱与高架桥结构的中间桥墩竖向共轴、纵向同距。叠层预制空心柱段与钢管混凝土芯柱共同组成地铁车站中柱，在提高中柱竖向承载能力的同时，具有显著优于现浇柱的层间变形能力，增强了地铁车站结构的抗震性能。高架桥的水平可滑动中间桥墩与两侧预应力摇摆桥墩共同承担竖向荷载，具有较强的抗倾覆能力和震后自复位功能。本发明地铁车站‑高架桥同位合建结构体系整体受力简单，抗震韧性较好，且占地小、造价低，具有较好的经济效益和社会价值。

技术领域

本发明涉及市政交通基础设施的设计与施工领域，尤其涉及一种地铁车站-高架桥同位合建结构的抗震韧性设计方法。

背景技术

随着城市人口的快速增长，地面交通拥堵成为制约城市可持续发展的重要瓶颈。加快建设高架桥和城市地下轨道交通(地铁)，构建城市立体交通体系，是改善大城市交通拥堵的重要选择。而在一些繁华老城区，受规划道路跨度限制，可能出现高架桥与地铁需要共线设计和同位施工的情况。目前，明挖地铁车站与高架桥同位合建工程在设计和施工中仍存在一些问题。

在新建高架桥与既有地铁车站同位建设工程中，高架桥通常采用门式桥墩形式横跨地铁车站。该方案的优点是新建高架桥对地铁车站结构的影响较小；缺点是门式桥墩的横梁跨度大，跨中弯矩大，受力不合理；为避免超筋，往往需要加大梁截面高度，可能影响桥下道路净空；此外，外设桥梁墩柱会对城市道路景观造成不利影响。

在地铁车站与高架桥同期同位合建工程中，常见做法是将地铁车站结构作为高架桥的基础，即高架桥桥墩基础置于地铁车站顶板上(分离式或连接式)，桥墩与车站立柱的中心线对齐。该方案的优点是占地面积小、避免两侧管线迁改、缩短工期和节约投资；缺点是车站结构与高架桥需作为整体考虑，结构受力复杂，尤其是地铁车站立柱承担的竖向荷载显著增加，对地铁车站结构的抗震性能不利。当高架桥基础与车站顶板刚性连接时，地震荷载作用下，桥墩底部的弯矩传递到顶板上，可能导致顶板受力或变形过大而开裂；当高架桥基础浮置与车站顶板上时，高架桥的抗倾覆能力较弱，尤其是采用单一桥墩时，高架桥在重型偏压荷载或水平地震荷载作用下可能会发生整体侧翻。

发明内容

为提高明挖地铁车站与高架桥同位合建结构体系的整体抗震韧性，同时减小两种结构受力变形的相互影响，本发明提出了一种地铁车站-高架桥同位合建结构的抗震韧性设计方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种地铁车站-高架桥同位合建结构的抗震韧性设计方法，其特征在于，包括明挖基坑及其围护结构、双层双跨地铁车站结构、高架桥结构。具体来说，基坑围护结构(1)为地下连续墙或钻孔灌注桩，基坑围护结构(1)顶部设置圈梁(2)；双层双跨地铁车站结构包括：桩基(3)、底板(4)、底梁(5)、侧墙(6)、钢管混凝土芯柱(7)、预制空心柱段(8)、中板(9)、中梁(10)、顶板(11)、顶梁(12)；高架桥结构包括：中间桥墩(13)、中间桥墩基础(14)、外侧桥墩(15)、外侧桥墩基础(16)、无粘结预应力筋(17)、支座(18)、限位挡块(19)、盖梁(20)、T梁及路面(21)。

所述地铁车站结构与高架桥结构同期规划、共线设计、同廊道施工。

所述钢管混凝土芯柱(7)为穿过中板(9)并连接至地铁车站结构顶梁(12)和底梁(5)的长柱，两端通过杯口式连接方式与顶梁(12)和底梁(5)连接固定；所述预制空心柱段(8)为高强钢筋混凝土环形构件，套在钢管混凝土芯柱(7)的外侧并竖向堆叠至设计高度；钢管混凝土芯柱(7)与叠层预制空心柱段(8)共同组成地铁车站的中柱。钢管混凝土芯柱(7)具有较好的水平变形能力，其主要功能是协调预制空心柱段(8)的层间变形并承担部分竖向荷载，叠层预制空心柱段(8)的主要功能是承担竖向荷载。