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摘要：本文结合实际工程，针对目前悬挂式轨道交通桥墩普遍存在墩高较高、截面尺寸小、墩柱长细比大的情况，以现行规范GB50909 2014《城市轨道交通结构抗震设计规范》为标准，对悬挂式单轨桥梁墩柱结构进行验算分析，探讨现行相关规范条文对悬挂式单轨桥墩的适用性。
关键词：悬挂式单轨；抗震设计；桥墩；长细比
引言
随着我国城市化进程不断加快，同城一体化需求越来越旺盛，对于能满足中小运量交通需求且具有运营安全可靠、线路适应性强、建设周期短、环境友好、视觉效果好和建设成本低等优点的单轨交通越来越得到人们的青睐。但由于空轨在国内尚处于起步阶段，缺乏成熟统一的技术标准和规范依据相关工程设计。根据现有的一些试验线设计经验，悬挂式单轨交通桥梁上部梁体采用20m~30m跨度的简支梁形式的设计方案有利于结构体系的抗震性能，但由于悬挂式轨道交通的自身特点，特别是位于山区，普遍存在墩高较高、截面尺寸小、墩柱长细比大的情况，这就与常规轨道交通桥墩墩高较低、截面尺寸大、墩柱长细比小的特点不同。本文以GB50909 2014《城市轨道交通结构抗震设计规范》（下简称规范）为标准，对国内目前常用的悬挂式单轨桥梁墩柱结构进行验算分析，探讨现行相关规范条文对悬挂式单轨桥墩的适用性，以期为从事该种制式轨道交通工程抗震分析的工程师提供参考。
1、工程概况
单轨交通是轨道交通的一种，简称单轨，特点是只使用一条轨道，区别于传统铁路的两条平行路轨。单轨交通按支撑的方式被分为悬挂式和跨座式两种。悬挂式单轨车辆的转向架在轨道梁上行走而车体悬挂在轨道梁下运行，轨道梁多为下部开口的箱型钢梁结构，内含集电靴、通信电缆、导轨并可包容车辆的转向架，车辆的走行轮与稳定轮均置于箱梁内部并沿梁内设置的轨道行驶。悬挂式单轨整个系统的高架部分有轨道梁、道岔梁、墩柱和基础组成，根据线路状况可采用倒L型、Y形或门架（如图1所示）形式。
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图2 单墩有限元模型
某实际工程正线全线共计11.501km，可分为车站段、高架桥梁段、U型槽段和隧道段，其中车站段和U型槽段的桥梁结构形式与正常段一致，车站结构和U型槽结构在桥墩位置处留结构缝；隧道段轨道梁与桥梁结构形式一致，支点处悬挂于隧道顶板上，无需做桥墩及基础。正线全线轨道梁由简支梁和4座道岔梁构成。正线高架桥梁段共设置L型墩、Y型墩和门式墩三种墩柱形式。
2、结构设计参数
轨道梁采用Q355qE钢材，内截面尺寸采用1200mm×780mm，截面下开口宽度为240mm，下翼缘钢板厚度32mm，兼做轨道；桥墩采用Q355qE牌号钢，桥墩承台连接采用M48地脚锚栓，部分墩身内灌注C40自密实混凝土。承台采用C35，尺寸为3m（顺桥向）×3m（横桥向）×2m（高）；桩基采用水下C30，单根直径1.8m。轨道梁与墩柱连接销轴采用40Cr锻钢。计算分析采用规范规定的二类场地7、8、9度设计反应谱。
3、分析模型
区间桥梁结构为简支梁结构，可以判断为振动特性简单的结构。因此，采用单墩模型进行利用有限元软件Midas civil2019（V2.2）计算分析。基础与地基土相互作用按规范附录B的规定建模。
4、钢柱尺寸拟定
根据规范附录G.3.3对矩形钢构件宽厚比、长细比、轴向压力和刚度比的规定，可得到以下不同截面尺寸（钢板厚统一为28mm）对应的合理墩高范围见表1。
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5、截面弯矩曲率曲线
利用弯矩曲率分析（Moment Curvature）软件XTRACT对以上四种典型断面进行分析，得到表2不同截面对应的特征弯矩和曲率结果，图3给出了典型的弯矩曲率曲线。
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6、墩柱动力特性分析
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图3 0.8m×0.8m截面弯矩曲率图
图4和表3给出了悬挂式单轨Y形墩柱主要模态振型形状和周期值。很明显的规律：按照规范规定的墩高和截面上限值得到的墩柱动力特性很接近，模态振型、自振周期基本相同。
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7、墩柱地震响应
根据计算分析结果：在满足规范规定的长细比条件下，抗震设防烈度7度、8度、9度的E 3地震作用下墩柱均未进入屈服状态，仍处于弹性受力状态，结构性能等级均为Ⅰ。由此可以说明，规范GB50909 2014《城市轨道交通结构抗震设计规范》条文中的长细比限值并不适用于悬挂式单轨Y形墩柱，或者说，规范的长细比规定对于不是重型车辆荷载的悬挂式列车来说过于严格，以至于满足长细比后桥墩在抵抗地震荷载作用下并不能较好的发挥本身的延性能力。因此，建议在实际工程设计实施过程中不能照搬照抄规范规定，应结合单轨交通工程的运量较小、自重较轻、荷载等级等等自身特点对墩型、结构尺寸、基础形式选择等进行拟定和计算分析。
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表4 桥梁结构在E1、E2、E3作用下所达到的设防目标
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结束语
本文通过以实际工程为基础，结合现行规范，分析了悬挂式单轨Y形墩柱的振动特性、地震荷载的响应，得到桥墩在满足规范规定的长细比后在抵抗地震荷载作用下并不能较好的发挥本身的延性能力、有较大的富裕情况的结论，探讨了现行轨道交通抗震规范对于悬挂式单轨桥墩的适用性。随着悬挂式单轨交通在我国的发展，目前亟需针对其荷载等级低的特点研究出一套统一的合理、经济、适用的规范标准，以供设计、施工和建设等相关人员参照执行。
参考文献：
[1]GB50909 2014《城市轨道交通结构抗震设计规范》[S].
[2]地震作用下悬挂式单轨结构动力特性研究[J]．现代城市轨道交通，3/2019：41-43.
[3]欧成章，李晓飞．悬挂式单轨旅游观光线路主要技术标准研究[J]．铁道勘察，2019（4）：81-83．