重庆轻轨高架车站自振特性分析

张 琴

(上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 200030)

重庆轻轨高架车站自振特性分析

张 琴

(上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 200030)

以重庆轻轨高架车站——八公里站为例，采用SAP2000计算软件，建立了三维模型，通过对车站自振频率的分析，得出了一些有价值的结论，指出对高架车站进行自振特性分析具有重要的现实意义。

轻轨，高架车站，自振特性，墩高，舒适度

0 引言

随着城市的快速发展，轨道交通由于其运量大、速度快、安全性好、准时和节能等优点，近年来在我国各大城市得到了迅速发展。高架线作为一种经济、实用、高效的快速交通模式，其设计施工技术难度较小、建设费用低且建设周期短，正在受到越来越多的重视和应用，高架车站随之应运而生。

目前重庆已建的轻轨高架车站多为“建—桥合一”的结构型式，轨道梁通过设置支座简支于车站结构横梁上，而站台梁等车站结构构件支承于轨道梁桥上形成“建—桥”组合结构体系。风荷载、行车、地震等会引起车站的振动，不仅对结构本身产生一定的影响，还会影响周边建筑和乘客的舒适度。目前高架车站的振动影响日益受到重视，因此，分析车站的自振特性具有重要的科研价值和现实意义。

1 工程背景与有限元建模

以重庆三号线南延伸段工程——八公里站为工程背景，采用SAP2000软件建立三维有限元模型，分析车站的自振特性。

八公里车站为独柱式带长悬臂“桥—建”组合结构体系的车站。主要承重结构为独柱墩，横向双层双悬臂盖梁、纵向框架结构体系。站厅层支承于下层盖梁，站台层和站台下夹层支承于上层盖梁。站台层，站台下夹层，站厅层由纵梁，横梁和楼面板组成，全部采用现浇混凝土结构。横向独柱框架，盖梁的最大悬臂长为10.4 m，纵向七跨框架间距布置为(16+16+18+20+18+16+16) m。墩柱截面为矩形2.2 m×2.8 m，盖梁根部截面为3.0 m×2.5 m。三层为两个独立的单跨空间框架体系，由二层纵梁上起框架柱。

结构计算模型是动力特性的关键，应尽量与实际结构相符。为了能真实反映高架车站的实际结构，采用空间有限元法对该车站主体结构进行结构分析，利用SAP2000计算软件，建立三维模型，见图1。

2 计算结果分析

2.1 车站自振频率分析

模型仅考虑结构自重，车站前10阶振型质量参与系数，及其对应的周期和频率见表1。

表1 前10阶振型质量参与系数表

车站第1阶～第3阶振型图见图2～图4。

车站的自振频率在很大程度上反映出车站刚度的大小，也就反映出车站的动力特性。表1为高架车站前10阶自振频率的计算结果和相应振型特征。图2～图4为车站第1阶～第3阶的振型图。从表1和图2～图4可以看出：前3阶振型主要表现为车站的整体横向挠曲、反对称挠曲和纵向挠曲。对应于车站结构以横向挠曲为主的第1阶振型，相应频率为1.272 5 Hz；对应于车站结构以反对称挠曲为主的第2阶振型，相应频率为1.559 2 Hz；对应于车站结构以纵向挠曲为主的第3阶振型，相应频率为2.146 Hz。车站横向振型出现最早，为车站的主要振型，表明高架车站由于受下部结构独柱大悬臂的影响，车站整体横向刚度弱于其整体纵向刚度和抗扭刚度。

从频率的增长趋势来看，从第1阶固有频率向各高阶固有频率的增长趋势较为缓慢，没有明显的跳跃，且振型的形状并不复杂，说明结构的动力性能较好。

车站振型以竖向振动为主(即车站结构整体振动竖向质量参与系数最大)的质量参与系数，及其对应的周期和频率如表2所示。

表2 车站振型质量参与系数及其对应的周期和频率

车站竖向振型出现相对靠后，不是车站的主要振型。车站结构整体振动竖向质量参与系数最大的自振频率大于10 Hz，满足GB 50157—2013地铁设计规范10.6.5条规定。

2.2 不同墩高下的车站自振频率分析

通过分析车站在5 m，10 m，15 m，20 m共4种墩高下的自振频率，得到车站前3阶自振频率变化见表3。

表3 不同墩高下的车站自振频率分析表

分析结果：不同墩高下，车站横向和纵向振动出现的阶数相同，车站振型主要为横向和纵向振动。随着墩高的增大，横向和纵向自振频率降低，说明墩高的增大降低了车站横向和纵向刚度，减小了车站横向和纵向自振频率。车站重心的降低能显著提高结构的自振频率，重心越低，频率越大。

2.3 不同盖梁高度下的车站自振频率分析

通过分析车站盖梁高度2 000 mm,2 500 mm,3 000 mm 3种不同梁高下的自振频率，得到车站前3阶自振频率变化,见表4。

表4 不同盖梁高度下的车站自振频率分析表

分析结果：随着盖梁高度的增大，横向和纵向自振频率稍有降低，车站盖梁高度的变化对车站横向和纵向自振频率影响较小。

3 结语

高架车站由于其独柱大悬臂盖梁结构的特点，对车站整体结构的动力特性有较大影响。车站墩高的增大会降低车站横向和纵向刚度，减小车站横向和纵向自振频率。车站重心的降低能显著提高结构的自振频率，重心越低，频率越大。建议在条件允许的情况下，应尽量减小高架车站的墩高，提高结构的自振频率，保证车站的安全和舒适度。车站盖梁高度的变化对车站横向和纵向自振频率影响较小。

车站刚度的大小直接影响行人的安全感和舒适感。高架车站整体结构对行人舒适度影响的评价，目前国内尚无统一、完善的评定标准。国内规范在评定高架车站行人舒适度上，有一定的局限性，这个问题还有待进一步的深入研究。

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[3] 陆春华，金伟良，宋志刚.基于振动舒适度要求的混凝土楼板自振频率分析[J].建筑科学，2010(7)：38-39.

Natural vibration characteristics analysis of Chongqing elevated light railway station

Zhang Qin

(ShanghaiTunnelEngineering&RailTransitDesignandResearchInstitute，Shanghai200030,China)

Taking Bagongli station, a Chongqing elevated light railway station as an example, established three-dimensionally modeled by calculating software SAP2000, is used as an example to analyze the natural vibration property of station, some valuable conclusions are obtained, it is significant to analyze the natural vibration characteristics of elevated station.

light railway, elevated station, natural vibration characteristics, pier height, serviceability

2014-11-25

张 琴(1982- )，女，工程师

1009-6825(2015)04-0185-03

U291

A