摘要：针对中国未来城市内轨道交通的需求以及城市空间的合理利用，城市内轨道交通的高架化是一个可预期的方向。借鉴性的介绍日本城市内铁道高架桥建设设计的经验，以名古屋铁道濑户线喜多山车站高架化工程为例对其耐震详细设计做具体的说明。
关键词：日本；铁道；桥梁；高架化；耐震；设计；计算
1前言
目前我国的城市内交通还是以公路交通为主，随着城市的经济高速发展，现有的城市交通会逐渐不能满足其运输量的需要，必要之时必须重新规划新的交通手段来达到经济发展的需求。轨道交通与公路交通相比，具有时效快，运量大，乘坐舒心等各种优势，现在我国城市内交通以公路为主，轨道交通为辅，但在未来轨道交通必然会提高其比率，让其承担更多的城市交通运输任务。相比于地铁轨道交通，高架桥形式的轨道交通具有建设成本低，建设速度快，运营风险低等特点，更适合在各个城市内展开。
下边以名古屋铁道濑户线喜多山车站高架化工程中的一段为例，介绍日本铁道高架桥的耐震设计方法。
2工程概要
名古屋铁道濑户线连接名古屋市和濑户市，全长20.6km，是为了连接日本中部地区中心名古屋市与周边城市之一的濑户市而建成的铁路线。该道路沿途附近接近住宅，是一项建设与施工必须要考虑环境与便民性的重点工程。喜多山车站前后是濑户线中间的一段，现以其中一段高架桥的耐震设计来展开说明。
桥梁概要：
1）桥长：30.9m
2）跨间长：30m
3）幅员：29.7m
4）构造形式：3跨间连续刚结构桥
5）列车荷重：M64T（日本规范）
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3设计与计算
3.1设计
1）耐震计算方法：
在耐震的动静法计算时，将地震的作用分别按惯性力和对地基的影响两方面去考虑，由此分别有惯性力法，液状化法以及应答变位法。
惯性力法：将地震作用于构造物的力等效成构造物自身重力的惯性引起的惯性力加载于构造物，只要确定其加速度即可确定其水平惯性力。
液状化法：在惯性力法之上，再考虑地基中砂土的液状化，对地基的承载能力进行递减，在此基础上再进行计算。
应答变位法：在惯性力法之上，再考虑地基的软硬程度后，相对软的地基的水平变位会增大，对埋在土中的基础构造物的水平变位进行增大，在此之上再进行计算。
2）荷载
除了桥梁自身重力以及惯性力，主要的还额外考虑了以下荷载。
列车荷重：即运行于此高架桥上的列车自重产生的荷载，由列车的种类决定。
冲击荷重：由列车运行时产生的荷载，由列车荷重与计算得出的系数相乘进行计算。
车辆横荷重：列车运行过程中，车轮对于铁轨产生的横向水平荷载。
制动和始动荷重：列车起步加速与停车减速使产生的线路方向的荷载。
轨道荷重：考虑金属铁轨在温度作用下产生内力时对桥梁产生荷载。
风荷重：桥梁在横方向受到风的作用产生的荷载。
温度荷重：温度对于桥梁上层部(纵梁和横梁）的影响产生的荷载。
3.2计算
1）解析模型设定
本次采用二维的静力推覆分析法，按桥轴方向和直角方向两方向模型来进行分别解析计算。每个模型里面包括上层梁、柱、地中梁以及桩基础的单元。各单元刚结连接。
上层梁：弯矩-曲率（Ｍ-φ）模型
柱：弯矩-回转角（Ｍ-θ）模型
地中梁：弯矩-曲率（Ｍ-φ）模型
桩：弯矩-曲率（Ｍ-φ）模型
2）耐震性能
根据地震规模，桥梁要具有不同的性能，一般分为安全性，复旧性。
安全性：在想定的地震力作用下，地震时桥梁要保证使用者以及周边居民的安全，不会发生列车脱线，落桥等事故。
复旧性：在想定的地震力作用下，在满足安全性的基础上，虽然桥梁可能会发生破坏，但是在短时间内即可修复以保证通行顺畅，在大规模地震后的简单修复后就能保证抗震救灾交通的便利。
在想定的最大规模地震作用下，桥梁要满足复旧性，在想定的较大规模的地震作用下，桥梁要满足安全性。
3）耐震性能照查标准
根据混凝土破坏的过程，分别设定了损伤度1、2、3、4，四个阶段。
损伤度1：混凝土开始受力后，混凝土受拉侧的钢筋达到屈服强度为止。
损伤度2：损伤度1之后，混凝土受拉侧钢筋达到抗拉强度。
损伤度3：损伤度2之后，维持抗拉强度的最大变形之前。
损伤度4：损伤度3之后，受压侧混凝土压碎。
在模型建立，荷载加载完毕之后，进行静力推覆分析。对于解析结果有以下两点要求。
①首先达到损伤2的单元必须是柱单元。
②在整个模型达到终局之前，不允许柱单元超过损伤3，不允许梁单元以及桩单元超过损伤2。
桥梁的抗震过程其实也是一个桥梁吸收能量的过程。当地震作用于桥梁时，桥梁各个部分开始承担额外的地震产生的作用。在适量配筋的情况下，钢筋混凝土材料具有弹塑性，在受拉侧钢筋达到屈服强度之后，认为此时的钢筋混凝土材料处于塑性吸收能量阶段，钢筋变形的过程也就是吸收能量的过程。对于桥梁来说，基础以及梁的破坏是非常可怕以及突然的，是需要极力避免发生的，而柱子的损坏则相对具有一定的过程性，并且对于桥梁构造物来说，主要就是依靠柱部吸收能量（主要发生塑性变形）。所以在地震作用下首先达到损伤2（即达到屈服强度，发生塑性变形，开始吸收能量）必须是柱单元，而且在终局之前，除了柱单元，其他单元不能达到损伤3（超过即不能维持抗拉强度，失去耐力）。
4结语
日本是个多地震的国家，在结构领域总结出来的很多抗震耐震的理念以及设计计算方法，都是值得我国工程人员借鉴学习的，本文通过一小段铁道高架桥的设计计算来简单阐述日本桥梁抗震耐震中静力推覆分析方法的应用，希望给从事相关设计计算的同行一些启发。
参考文献
[1](日)鉄道総合技術研究所.鉄道構造物等設計標準・同解説.耐震設計（2012.9）.
[2](日)鉄道総合技術研究所.鉄道構造物等設計標準・同解説.コンクリート構造物（2004.9）.
[3](日)鉄道総合技術研究所.橋梁および高架橋耐震照査の手引き.静的非線形解析による照査.(2016.3).
论文作者:宋宏宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/20
标签：桥梁论文; 荷重论文; 荷载论文; 惯性力论文; 损伤论文; 名古屋论文; 日本论文; 《基层建设》2019年第31期论文;