１６２科技研究 ＤＯＩ：１０．１６７９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｓｄｑｙｆｈ．２０１６．０３．０４７ 城市道桥与防洪 ２０１６年０３月第０３期 站桥合一高架车站振动舒适度分析 （上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市２０００９２） 摘要：针对站桥合一高架车站的振动舒适度问题，建立高架车站结构的有限元模型，输入高铁列车的行驶荷载，计算结构振动 在时域内的动力响应。基于目前常用的国际标准，评价各楼层的舒适度。 关键词：高架车站；振动舒适度；评价标准 中图分类号：Ｕ４４１ ．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—７７１６（２０１６）０３—０１６２—０３ ０引言 城市轨道交通建设中高架线路的敷设方式， 实现了“节约用地、减少地块分割”的目的，在车站 结构将区间结构和车站结构融合，将区间桥梁“植 入”车站建筑内，派生出“站桥分离”、“站桥组合”、 析，并将列车运行时站房结构所受到的荷载按照 所需计算工况输入有限元模型当中作为时程激励 进行相应的时程分析。再将分析结果对照国际标 准ＩＳ０２６３１关于建筑物内振动限值进行对比。 １地铁列车荷载人工波 根据英国铁路技术中心提出的公式 ，单对车 轮的激励力可表示为 Ｆ（ｔ）＝ ２尸（ｔ） Ｐ（ｔ）＝Ｐｏ＋ＰＩｓｉｎｔｏｌｔ＋Ｐ２ｓｉｎｏ￣２ｔ＋Ｐ３ｓｉｎｗ３＃ ｉ＝２＂ｒｒｖ／Ｌ ， ＝Ｍ “站桥合一”等多种车站结构形式，使得“建筑里面 跑火车”的结构形式得到多样的发展。 “站桥合一”…车站结构则是突破“列车动载由 桥梁结构承受”的传统理念，完全用建筑构件取代 桥梁构件来直接承受列车荷载的作用即与结构框 架主梁完全刚结的框架纵梁——轨道梁，从而实 现真正意义上“车站与区间有机融合与高度统一 的”的设计理念，是突破行业、取得总体最优 的结构形式。 虽然该类车站结构设计复杂，但由于具有能 统筹建筑总体布置、优化车站功能、降低结构高 度、提高结构整体性的明显优势，已经成为越来越 多采用的车站形式，并有成为主流站型的趋势。 但是相对“建桥分离”、“建桥组合”两种结构 形式，站桥合一结构形式也有其缺点，因为轨道梁 刚接，无橡胶支座，站桥合一高架车站的车致振动 问题比较严重。因此振动控制成为“站桥合一”车 结构分析和设计的关键问题之一。 振动不仅对建筑结构的安全有影响，随着人 们对生活品质要求的不断提高，振动对沿线建筑使 用者的感官舒适度的影响也日渐受到人们的重视。 （１） （２） （３） 式中：ｋ 为考虑列车荷载的分离与叠加组合系数， 取１．５３８；ｋ 为考虑钢轨、轨枕对列车荷载的传递 和分散作用的分散系数，取０．７； 为车轮静载，取 １４４ ｋＮ；Ｍ为列车簧下质量，取７５０ ｋｇ；Ｌ。、 分别 为某一频率下的几何不平顺的波长和失高，取 Ｌｌ＝１０ ｍ、０／ｌ＝３．５ ｍｍ；Ｌ２＝２ ｉｎ、０／２：０．４ ｍｍ；Ｌ ０．５ ｍ、 ０／３＝０．０８ ｍｍ；１３为列车的运行速度，取２２．２２ ｍ／ｓ。则 地铁列车单对车轮激振力为（取０．３ ｓ） 按照图１所示，将车轮激振力转化为高架车 站对应的节点动力荷载输入，以分析车站在此荷 载下的动力时程。单列车驶过和双列车驶过两种 情况，并考虑后者中两列车入站的各种时差。在输 入节点荷载时，根据列车驶入过程中各车轮对结 构作用的先后次序，分别定义节点动力荷载的开 始作用时间。 对于振动舒适度【２】的相关控制，本文采用有限 元软件ＭＩＤＡＳ来对高架车站结构进行动力时程分 收稿日期：２０１５—１ｌ一０４ ２列车振动下车站的响应 本文选取的是某拟建高架车站作为研究对 象，运用ＭＩＤＡＳ工程软件进行建模分析，提取各楼 层的加速度时程曲线进行频域分析，再将分析结 果对照国际标准ＩＳ０２６３１关于建筑物内振动限值 作者简介：（１９８３一），男，湖南郴州人，工程师，从事结构 设计工作。 １６４科技研究 ｌ． 城市道桥与防洪 １ ２０１６年０３月第０３期 潲州 峙 ｌ） 脚 豫 ｉｉ ｉ ６ ｛ ；８ ｝ １ ｌ２ ３ ； ７ Ｉ４ ｔ／ｓ ５ ×ｌ０ 频域信号 Ｉ ×１０ １ ｌｆ ２ ３ ４ ｔ／ｓ ５ 频域信号 泓 ６ ７ ８ ｊ Ｉ ｊ ． 一帆ｉ ｌ ｌｏ— Ｄ Ｘｌ０ 。 。 。。 。｛ｊｊ Ｉ｝ ８ 。。 。 。 。。 ‘ 。 。 。。 。５ ｉ ８ ．ｌ 妾 醇。。 。 。 。。 １． ］ ． 图５站台层最大振级点的竖向加速度信息 Ｉ 越ｌ ｌ 图７站台层最大振级点的竖向加速度信息 擀 ｌ ２ ３ ４ ｔ／ｓ ５ ６ 挚簿ｊ ７ ８ 。 即 ∞ ×１０ 领域信号 ．托＾ ＾ｈ ＾ ∞。。 。。 ｎＬ 』 ∞Ｆ６０ 功翠墨 ＿ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ 图６站厅层最大振级点的竖向加速度信息 图８站厅层最大振级点的竖向加速度信息 表１建筑物内振动限值建议表 以“办公室”的情况考虑，车站工作人员所受 振动极限值ＶＬｚ为８６，一般乘客限值ＶＬｚ为１１６， 可以得到该车站在地铁列车振动下的舒适度指标 是合理的。 分析过程中还可以得到以下几点结论： ａ．考虑列车驶过过程中对高架站台的影响， 则不论是单列车还是双列车，一般来说最大振级 点均在车站端部； ｂ．两种工况比较可得双列车工况所所产生的 ４结语 本文将列车荷载作为激励输入结构模型，对 高架车站的震动反应进行有限元分析，结果表明 各楼层的计权加速度均方根值并为超出标准规定 （ＩＳ０２６３１）的范围，满足舒适度要求。本文研究方 法和研究成果对国内类似工程的设计、舒适度评 价等具有参考价值。但仍然需要对不同车速、不同 列车类型、不同人群等做更多相关研究，从而完善 舒适度的评价标准。 参考文献： 最大振级可以比单列车大，也可以比单列车小，这 是因为双列车工况对车站的影响可视为两个单列 车工况所产生的波的叠加，在一定的相位差下，两 波可能产生振幅的正负叠加或相消情况； ｃ．同种工况下比较可得站厅层和站台层都需 要考虑人体舒适度，站厅层的悬挑梁结构对于振 动来说是不利的，其受列车作用会产生较大的振 级 Ｉ１］孙俊岭．城市轻轨站桥合一结构设计中的几个问题【Ｊｊ．建筑结 构，２００６，３３（ｔ０）＇．６２—６５． 【２］彭涛．郑州东站候车厅列车致振动力及振动舒适度分析［Ｄ］．湖 北武汉：武汉理工大学，２０１０． 【３］梁波，罗红，孙常新．高速铁路振动荷载的模拟研究ｌＪ１＿铁道学报 ２００６，２８（４）：８９－９４． ｆ４】ＩＳ０２６３ ｌ，Ｇｕｉｄｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｕｎｍｎ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔ（）Ｗｈｏｌｅ—ｂｏｄｙ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ［Ｓ］．２００３．
