楼板开孔时地铁车站端头井结构抗震分析.pdf
《楼板开孔时地铁车站端头井结构抗震分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《楼板开孔时地铁车站端头井结构抗震分析.pdf(10页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、Jun.2023Structural Engineers2023年6 月Vol.39,No.3第39 卷第3期程师构结楼板开孔时地铁车站端头井结构抗震分析卿袁奇*何肖健(北京城建设计发展集团股份有限公司上海分院,上海2 0 1 8 2 4)摘要结合上海软土地区某叠合墙地铁车站,利用MidasGen数值软件,对端头井楼板按照实际开孔布置和超大开孔布置分别建立三维数值模型并采用反应位移法计算分析。结果表明,随着楼板开孔宽度占比增加,楼板结构、端头井结构在水平面内抗侧刚度仅小幅减小,影响有限,但会直接削弱楼板对侧墙的约束作用致侧墙跨中弯矩显著增加。楼板开孔宽度超限并不会直接导致设防、罕遇地震作用下端
2、头井结构层间位移角超限,其抗震变形仍满足规范限值要求,而设防地震作用下结构截面、配筋设计等仍由静力工况控制,抗震工况非控制工况,但必要时应采用土层-结构时程分析法并计入竖向地震作用,确保地铁端头井结构抗震承载力和变形满足要求。关键词地铁车站,端头井,楼板开孔,地震响应,反应位移法Seismic Analysis on End Well for Metro Station with Floor OpeningQINGYuanqiHE Xiaojian(Beijing Urban Construction Design&Development Group Co.,Ltd.,Shanghai 201
3、824,China)Abstract Based on a metro station of superimposed wall in Shanghai,two three-dimensional models of actualfloor opening and large floor opening are established to conduct calculation and analysis using the Midas Genfinite element numerical software by response displacement method.The result
4、s demonstrate that:when theproportion of floor opening width in end wellincreased greatly,the lateral stffness of the floor structure andthe end well structure in horizontal plane decreased slightly with limited influence,large floor opening directlyweakens the restraint of floor on side wall,leadin
5、g to a significant increase in the mid-span bending moment ofside wall;the over-limit of floor opening width does not directly lead to the over-limit of the calculateddisplacement angle between layers under E2、E3 e a r t h q u a k e,i t s s e i s m i c d e f o r m a t i o n s t i l l m e e t s t h e
6、 s t a n d a r dlimit,and the structure section size and reinforcement are still controlled by static condition not earthquakecondition,however,it is necessary to conduct calculation and analysis to ensure the seismic bearing capacityand deformation of metro end well structure meet the requirements
7、by soil-structure time history analysismethod when vertical earthquake considered.Keywordsmetro station,end well,floor opening,seismic response,response displacement method0引言地铁车站端头井,常为满足区间隧道通风、设备吊装等功能需要而在楼板的边跨分别设置上、下行线活塞风孔,在中跨设置设备吊装孔,多个设备孔洞并排布置时,楼板横向开孔宽度往往达到楼板实际宽度的30%甚至更高。与此对应,在现行国家标准地下结构抗震设计标准7.3.
8、9 条要求“楼板开孔时,孔洞宽度不宜大于该层楼板宽度的30%”,以及建筑抗震设计规范2 1 1 4.3.2 条虽然要求“楼板开孔时,孔洞宽度应不大于该层楼板收稿日期:2 0 2 2-0 4-1 0联系作者:卿袁奇(1 9 9 1-),男,工程师,硕士,研究方向为城市轨道交通工程结构设计。E-mail:39 5 437 5 6 9 q q.c o m100:EarthquakeeandWindReanceStructural Engineers Vol.39,No.3宽度的30%”,但并未作为黑体强条,这都允许地铁车站结构设计中面对楼板开孔问题时留有讨论的空间。而随着建筑与市政工程抗震通用规范3
9、在2 0 2 2 年1 月1 日起正式实施,其6.3.7 条“楼板开孔时,孔洞宽度不应大于该层楼板典型宽度的30%”已明确为强制性条文,必须严格执行。目前,部分地区地铁图审单位已经从严要求执行该条文。在此背景下,如果建筑、设备方案可以在兼顾通风、设备运输等功能需求的基础上调整孔洞尺寸、布置,从源头解决楼板开孔宽度超限问题则属于最优解,但如果无法调整时,结构设计该作何考虑?目前,在地铁车站结构设计中,关于楼板开孔的影响研究较少且集中体现在针对中庭式地铁车站在静力工况下的结构设计讨论中,比如,王玉锁等4利用Ansyse有限元软件,重点研究了中庭式地铁车站的计算方法、结构形式选择;王金平5 利用Mi
10、dasGen有限元软件,分析了不同楼板开孔尺寸及孔位对结构受力和变形的影响。关于地震作用下的相关研究则较少,张志明等6-7 针对埋置于人工模型土中的中庭式地铁车站模型,进行了一系列1 g振动台试验,探究了中庭式地铁车站结构的地震响应特征;张栋梁等1 8 利用利用Flac3D有限元软件,研究了侧向连续开孔的地铁车站结在三维地震响应下的规律对此,本文结合上海软土地区某叠合墙车站,对端头井楼板按照实际开孔布置(开孔宽度占比63%,开孔面积占比1 6.7%)和超大开孔布置(开孔宽度占比1 0 0%,开孔面积占比5 3.9%)分别建立三维数值模型,研究其在设防、罕遇地震作用下的变形情况和受力状态,计算结
11、果供工程设计实践参考。1车站工程概况上海市某地下两层地铁车站总长1 8 2 m,明挖法施工,采用8 0 0 mm厚地下连续墙+40 0 mm(600mm)厚内衬墙 组成的叠合墙结构。车站标准段、端头井分别为单柱双跨、双柱三跨框架结构(标准段与端头井交界处为三柱四跨),顶板覆土约3.5 m。车站端头井楼板在两边跨分别布置上、下行线活塞风孔(3.9 m6.5m),在中跨布置设备吊装孔(4m3m),孔边设结构梁。车站结构横断面如图1、图2 所示,端头井楼板实际开孔布置图如图3所示70013000870969000B800L1400112009.40040080021400图1车站结构横断面(标准段)
12、(单位:mm)Fig.1Cross section of station structure(standard section)(Unit:mm)DXDDX-006变形缝吊装孔6001200活塞风孔4000活塞风孔65003.90030006.5003.9000t091区H区三区二二区00ZXZZX8BXBBXB800L160093005.6009200600LL80025300图2 车站结构横断面(端头井)(单位:mm)Fig.2Cross section of station structure(end well)(Unit:mm)车站所处场地地基土主要由软黏土(主)、粉性土和砂土组成,分
13、布稳定、均匀,无成层饱和砂质粉土或粉砂分布。场地类别为IV类,抗震设防烈度为7 度,设计基本地震加速度为0.1 0 g,设计地震分组为第二组,特征周期为0.7 5 s,重点设防类。2计算方法地下结构抗震设计计算中,目前较有代表性的方法有3种:地震系数法、反应位移法和动力时程分析方法。虽然地震是动力作用,理论上采用动力时程分析方法作为抗震设计方法更为理想,但是动力时程分析方法计算时间长,并且动力时程分析方法需要多方面专业知识和技能,且操作繁杂,对计算结果的评价也不容易。因此,除特别重大、复杂的地下结构和地质条件采用动力时程101结构工程师第39 卷第3期抗震与抗风断面1断面2断面309833.9
14、003400活塞风孔65003900QSt4.0003002000设备吊装孔340003.0002009活塞风孔665003900280014900800断面1断面2断面3图3端头井楼板实际开孔布置图(单位:mm)Fig.3Hole location of floor opening in end well(Unit:mm)分析方法外9 ,通常采用反应位移法进行地下结构抗震设计9-1 反应位移法认为地下结构在地震时的反应主要取决于周围土层的变形,而惯性力的影响相对较小,进行反应位移法计算时,在计算模型中引人地基弹簧来反映结构周围土层对结构的约束作用,同时可以定量表示两者间的相互影响,将土层在地
15、震作用下产生的变形通过地基弹簧以静荷载的形式作用在结构上,同时考虑结构周围剪力以及结构自身的惯性力,采用静力方法计算结构的地震反应。计算模型中,结构周围土体用地基弹簧表示,包括压缩弹簧和剪切弹簧;结构一般采用梁单元进行建模。正因为反应位移法以地震时周围土层的反应变形作为主要地震作用,符合地下结构地震时的振动特点,操作简单,计算工作量小,参数易于确定,而且工程经验丰富,易于被设计工程师接受,所以地铁车站结构抗震计算时可优先考虑该方法9,1-1 综上,本文在研究楼板开孔时地铁车站端头井结构在地震作用下的变形情况和受力状态时采用反应位移法进行计算分析。3地震响应分析3.1计算模型本次计算采用Mida
16、sGen有限元数值软件建立三维数值模型,建模范围包括端头井(双柱三跨)、标准段(单柱双跨,沿纵向取4跨)。模型尺寸为36.5 m23(2 6.9)m 1 4.3(1 5.9)m(纵向横向高度),端头井楼板按照实际开孔布置情况建模,模型节点数9 2 0 0,单元数5 0 0 0,如图4、图5所示(记作模型A,后文同),模型A中端头井楼板开孔尺寸见表1。计算模型中车站板、墙采用四节点厚板单元模拟,车站梁、柱采用梁单元模拟,模型边界采用压缩弹簧(仅受压)、剪切弹簧(线性)模拟,车站结构、地层主要物理力学参数见表2、表3。图4车车站端头井结构计算模型(模型A)Fig.4Structural calcu
17、lation model of metro station end well(Model A)根据城市轨道交通结抗震设计规范表5.2.4-1、5.2.4-2,的E2、E3地震作用下umx分别为表1模型A中楼板开孔尺寸信息表Table1Hole size of central floor opening in Model A端头井楼板楼板开孔横向孔洞端头井范围楼板宽度项目边跨风孔/m中跨吊装孔/m开孔面积/m面积占比宽度占比(纵向横向)/m14.925.3模型A3.96.54x362.716.7%63%(总面积:37 6.9 7 m)102EarthquakeandinoRanceStructu
18、ral Engineers Vol.39,No.3图5端头井楼板结构(实际开孔,模型A)Fig.5Floor structure in end well(actual floor opening,Model A)表2车站结构物理力学参数Table 2Structural physical and mechanicalparameters结构混凝土等级弹性模量/MPa容重/(kNm)梁、板、墙C353.1510425柱C453.35104250.105m、0.2 5 5 m。土层相对位移按城市轨道交通结构抗震设计规范附录E计算,方向为结构横断面方向D(+Y向),施加在模拟土层的外侧节点上,设计地
19、震作用基准面取H=70m。表3主要地层物理力学参数Table3Main stratigraphic physical and mechanical parameters土层厚天然密度/黏聚力内摩擦角泊松平均剪切波压缩弹簧刚度剪切弹簧刚动剪切模土层名称度/m(kgm)c/kPa比从速/(ms)/(kNm)度/(kNm)量/kPa灰色淤泥质粉质黏土6.2179012170.341235500183027080灰色淤泥质黏土8.317101211.50.341455 0001 650359501 灰色黏土5.518001613.50.3316912000400051 400为方便分析,在端头井范围布
20、置3个变形监测断面,其平面位置如图3所示,每个断面选择6个代表测点,测点位置如图2 所示。图2 中测点编号含义为:D(DD)/Z(ZZ)/B(BB)表示测点位于顶板/中板/底板面,单字母D等表示测点位于近A轴侧(负一层侧墙开门洞),双字母DD等表示测点位于近B轴侧(负一层侧墙不开门洞),X表示断面编号。为反应楼板开孔对刚度的影响,本文在计算楼板刚度时采用“弹性板6”计算假定并据此计算结构内力和变形3.2抗震分析3.2.1结构变形(D和D)端头井楼板按实际开孔布置时,设防地震作用下,模型A端头井结构横向位移(D)等值线云图如图6 所示。由图可知,设防地震作用下,端头井结构横向位移最大值为1 5.
21、7 0 3mm(位于顶板面,该计算值与文献1 3 计算结果接近),最小值为7.7 0 9 mm(位于底板面),均出现在断面1 位置(端头井与标准段分界处),结构横向水平位移从底板向顶板逐渐增加,这与施加在土体节点上的土层相对位移变化规律一致。设防地震作用下,模型A端头井结构各断面层间变形和层间位移角的计算结果统计于表4。由表4可知,设防地震作用下端头井结构最大层midasGenPOST-PROCESSOR12.733DISPLACEMENTY14.01712.8791.60060e+011.52517e+0115.31314.2811.449740+011.37431e+0111.30215.
22、7031.29888e+011.22345e+0111.84611.5591.148020+011.07259e+0.112.96912.9869.97158e+009.21725e+0013.5848.462900+007.70868e+009.0438.2399.552.7.7099.320CB地晚二1 N8.784MAX:6055MIN:111图6 端头井结构横向位移等值线云图(D,E2,模型A)Fig.6Contour map of lateral displacement of end well(D,E2,Model A)间变形为5.2 6 mm(断面1 负二层),对应最大层间位移角
23、为1/1 5 2 5 Q.=1/550,满足规范1-2 限值要求,且数值上远小于规范限值(K3)。表4各断面层间变形及层间位移角统计表(模型A)Table 4Displacement and displacement anglebetween layers on different section(E2,Model A)最大层间变形最大层间位结论位置D,/mm移角/(radl)负二层负一层负二层负一层0,=1/550断面15.2602.3441/15251/2.3980.断面23.6662.1711/2.1881/2.589断面32.2591.4311/35501/3.9279.1罕遇地震作用
24、下,模型A中端头井结构横向位移(D)等值线云图如图7 所示,计算得端头井结构最大层间变形为7.41 2 mm(断面1,负二层),103结构工程师第39 卷第3期抗震与抗风对应最大层间位移角为1/1 0 8 2 ,=1/2 5 0(K4),满足规范1-2 1 限值要求,POST-OROCESSORmidas Gen17.616DISPLACEMENT19.25817.7692.14934e+012.04745e+0120.97219.5841.94556e+0115.1761.84367e+011.74179e+0116.18421.4511.63990+0115.5451.538010+011
25、7.6981.436120+0117.6621.33423e+011:23234e+011.13045e+0118.6371:028560:+0111.43210.70612.01910.28611.911MAX1605611.508MIN111图7端头井结构横向位移等值线云图(D,E3,模型A)Fig.7 Contour map of lateral displacement of end well(D,E3,Model A)由此可知,端头井楼板按实际开孔布置(开孔宽度占比6 3%,开孔面积占比1 6.7%)计算时,在设防、罕遇地震作用下端头井结构的层间变形和层间变形角均满足要求且计算值远小
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 楼板 开孔时 地铁 车站 端头 结构 抗震 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。