装配式地铁车站结构双榫槽式接头应力演变规律试验研究

以装配式地铁车站结构双榫槽式接头为研究对象,采用足尺加载试验的方法,研究轴力和弯矩组合工况下接头部位混凝土及钢筋的应力演变规律。结果表明:加载过程中,接头部位混凝土及钢筋应力发展大致可分为3个阶段:线性阶段、非线性阶段、失效阶段;在加载初期,随着弯矩的增大,接头部位混凝土及钢筋的应力呈线性增加;当弯矩超过一定数值后,接头部位的混凝土及钢筋会发生频繁的应力调整,其过程一直持续至试件出现贯通接头部位的裂缝,从而导致构件失效;当构件达到失效状态时,500kN轴力工况下接头试件能承受的最大弯矩为420kN·m,1 000kN轴力工况下接头试件所能承受的最大弯矩为578kN·m。     

预制装配式地铁车站单榫槽式接头抗弯刚度影响因素分析

预制装配式地铁车站接头是预制装配式地铁车站结构薄弱部位,以长春地铁2号线袁家店预制装配式车站为工程背景,采用数值模拟方法研究预制装配式地铁车站单榫槽式接头抗弯刚度的影响因素。计算结果表明:接头承受弯矩作用是导致接头抗弯刚度减小的最主要因素;增大轴力以及对接头部位注浆对提高接头抗弯刚度具有显著作用;接头部位尺寸参数的改变对接头抗弯刚度的影响程度与接头部位承受的轴力有关。     

压弯荷载作用下带有定位榫盾构隧道管片接缝的力学特性

依托于国内一地铁盾构隧道,采用有限元软件ABAQUS建立带有定位榫的盾构隧道管片接头三维模型,从管片应力、接缝位移、螺栓内力、定位榫内力与变形四个方面对带有定位榫的盾构隧道管片接头抗弯力学性能进行分析。结果表明：管片压溃区开始于纵缝处并向前后两块夹持管片延伸,最终呈杠铃状;纵缝削弱了其左右两侧0.33 m范围内管片刚度;环缝与纵缝交点错台量和张开量最大;定位榫对螺栓受力状态影响显著,螺栓中部截面角度-7.5°～7.5°区域轴力突然减小,剪力突然增大,两个纵向螺栓轴力分别在弯矩大于300 kN·m和大于600 kN·m时在该区域出现反向现象;定位榫在弯矩作用下内力较小,剪力最大值出现在0°截面处;弯矩越大,定位榫变形量越大,但定位榫不同角度变形量之间的关系基本不受弯矩变化影响。     

基于梁-复合弹簧模型的装配式车站地震反应研究

基于装配式车站结构现有研究成果,建立适用于装配式地铁车站结构的梁-复合弹簧简化动力分析模型,通过与三维实体模型分析结果对比,验证该模型的有效性,并应用该模型开展装配式地铁车站结构与同型现浇结构的横向地震反应对比分析。结果表明：水平地震作用下,装配式车站结构和同型现浇结构的变形差异不大;其截面内力波动趋势与现浇结构一致,且均在同一时刻达到峰值;其典型截面的弯矩及弯矩波动幅度均小于现浇结构,其注浆式榫槽接头减小了结构截面弯矩及弯矩波动的幅度,减弱了结构在地震作用下的弯矩响应。该研究可为预制装配式地铁车站结构抗震计算提供技术支持,为预制装配技术应用于地下结构建设提供参考。     

地铁车站预制装配式结构注浆式榫槽接头试验方案研究

针对长春地铁2号线首次开展的地铁车站预制装配新技术研究与应用工作,对装配式结构采用的新型注浆式榫槽接头1︰1原型试验方案研究进行系统介绍,包括试验系统研发、试验方案设计、加载策略研究及实际应用效果分析等,提出立坑式反力加载系统、涵盖各种接头形式和注浆材料的试验工况及逐级循环加载法,形成一套可靠、便捷且经济的由加载、监测、拼装及注浆、吊装及运输等系统组成的接头力学性能试验系统,并通过有限元分析手段展示试验系统的实际应用效果,表明试验结果与数值计算结果吻合度较好,验证试验系统的有效性和可信性。     

荷载变化条件下不同深度榫槽对隧道结构承载性能的影响

为了研究盾构隧道接头部位的榫槽深度对盾构隧道承载性能的影响规律,考虑纵缝榫槽等结构的细部构造,建立三维精细化盾构隧道数值模型进行计算分析,并与足尺试验进行对比验证。结果表明试验及数值的数据基本吻合,采用该模型计算是合理可行的。研究结论:(1)正常承载及超载情况下截面弯矩和轴力对纵缝榫槽深度改变不敏感,当隧道结构遭遇极为严重的卸载情况时,截面弯矩和轴力才表现出随纵缝榫槽深度增加而增大;(2)卸载情况下不同纵缝榫槽深度对应的隧道结构横向、竖向收敛变形均显著大于超载情况;(3)增加纵缝榫槽深度可在一定程度上提高隧道结构抗变形能力,但当榫槽深度超过20 mm后,再增加榫槽深度对提高隧道结构承载力无明显效果。     

基于现场监测的注浆式单榫接头性能分析

基于国内在长春地铁2号线预制装配式地铁车站结构的现场施工和运营全过程监测数据,对位于拱脚的注浆式单榫接头进行内力和变形分析,研究注浆式单榫接头在不同阶段的性能,并与数值计算值进行对比分析。结果表明：拼装成环之后,接头的凹凸榫彼此咬合,榫头表现出弯曲作用;覆土回填之后,接头以抵抗矩作用为主;覆土回填以及水位恢复对接头变形和受力起到正向作用;施工扰动结束直至通车运营之后,测试结果较为稳定,注浆式单榫接头整体内力和变形较小,安全余量较大。     

预制装配式地铁车站施工技术与造价控制

装配式地铁车站是将事先预制好的装配式结构构件,用“搭积木”的方式将站体分块“搭”起来,完成整体结构的建设。文章结合我国首座预制装配式明挖地铁车站——长春地铁 2 号线袁家店车站的施工建设,介绍装配式地铁车站精平条带、预制构件拼装、榫槽注浆、防水等施工工艺,并针对装配式车站成本偏高的事实,提出规模经济、大力发展上下游产业链、建设产业化基地、加强技术人员培训等改进措施。     

基于超大断面矩形顶管法的地铁车站建造方案

为解决繁华城区地铁车站采用明挖法施工带来的管线迁改、交通拥堵等难题，以下穿大型箱涵的深圳市轨道交通12号线沙三站为工程背景，采用有限元方法进行基于超大断面矩形顶管法的预制装配式地铁车站机械化暗挖建造方案研究。结果表明：顶进工况、结构转换工况和永久结构工况下，单柱方案最大变形分别为5.07,6.50和6.63 mm，双柱方案最大变形分别为5.53,5.20和10.50 mm，施工全过程中单柱方案车站结构整体变形较小；单柱、双柱方案的混凝土结构最大压应力分别为15.7和29.2 MPa，双柱方案须增大柱截面积以满足强度设计要求，因此单柱方案更经济合理；单柱方案中纵梁最大正、负弯矩绝对值均大于双柱方案，且满足强度设计要求，即单柱方案中纵梁受力更明确、抗弯性能充分发挥；预制管节环向接头分别按刚接、铰接设计时，单柱方案车站结构截面设计控制弯矩分别为最大正弯矩、最大负弯矩，考虑到接头实际刚度应介于刚接与铰接之间，结构设计时应按照接头刚接和铰接进行包络设计。     

注浆式榫槽接头关键构造参数影响研究

装配式地铁车站结构注浆式榫槽接头的不同几何构造影响接头的力学性能,进而制约整个结构的力学行为。针对注浆式榫槽接头关键构造参数——榫长、榫宽、接头高度、接头宽度、槽顶壁宽、槽底壁宽、榫头内缩长度,基于榫头占比率、槽壁榫宽比、榫头倾角、榫长榫宽比和内缩率5个指标进行接头构造设计要求研究。结合各个指标对接头承载性能、制作和施工便捷性的影响,提出一套接头构造设计步骤及要求,明确关键几何构造参数具体取值范围：榫宽w与截面高度H的比值宜大于0.28,各榫头之间的净距宜为0.5～1.5倍单个榫宽w,槽壁厚度t与榫宽w比值不宜小于0.4,榫头倾角α宜为75°～85°,长接头和短接头榫长l与榫宽w的比值宜分别为0.5～0.8和0.2～0.5,内缩率宜为20%～50%;研究成果可为同类装配式结构构件连接设计提供参考。     

温州轨道交通M1线盾构隧道衬砌管片接头力学特性

为研究温州轨道交通M1线地铁盾构隧道衬砌的极限抗弯承载力和接头变形能力，基于地铁盾构隧道变形的衬砌管片接头张开破坏试验，介绍了地铁衬砌结构接头破坏试验的研究内容，包括加载装置、荷载设计、测试内容，以及部分试验结果，并对试验进行了数值模拟分析。研究结果表明：正、负弯矩工况下，接头力学性态发展可大致分为线性增长、塑性发展和极限破坏3个阶段，极限破坏状态在正、负弯矩作用下的破坏模式并不相同。     

装配式地铁车站结构接缝防水关键技术研究与应用

装配式地铁车站结构的接缝防水性能一直备受行业的关注,针对装配式车站的结构构造、构件制作及施工工艺等特点,对与接缝防水性能高度相关的“接缝张开量”和“密封垫错位量”两个关键参数的主要影响因素和控制指标进行分析,结合密封垫防水性能试验研究及实际工程应用监测结果,充分论证接头接缝“两垫+一注+一嵌”多道防线的关键技术。双道密封垫以三元乙丙橡胶(EPDM)弹性密封垫作为主防水,复合遇水膨胀橡胶作为加强防水,形成复合式多孔多槽形密封垫,密封垫为接缝防水主要防线,注浆和嵌缝为辅助防线。研究和实际应用表明,装配式车站结构的接缝防水,不仅在防水构造措施方面与盾构隧道不同,而且在各项控制标准方面也存在较大差异,张开量10 mm、错位量5 mm是装配式车站结构接缝防水性能控制的合理指标;单道防水密封垫,在张开量10 mm、错位量5 mm的情况下,能抵抗水压力1.0 MPa,满足埋深30 m车站结构抵抗2～3倍水头压力的性能要求,并在使用100年后,仍存在约67%的残余应力值,具有长期耐水压性能;双道防水密封垫,较单道密封垫防水性能提高有限,提高率在20%～30%之间,但在衬砌外道密封垫出现局部漏水时,双道密封垫的优势显著;从接缝合理张拉锁紧荷载的角度考虑,三元乙丙橡胶密封垫的硬度需要较常规盾构隧道密封垫降低5 SHA,即采用60 SHA,其单位长度完全压缩荷载指标不大于40 kN/m。目前已建和在建车站工程,实测结构接缝最大张开量和表面最大错台量均满足接缝防水性能控制标准的要求,在未设置外包防水层的情况下,接缝无渗漏水现象发生。     

地层环境对单拱大跨装配式车站结构力学性能影响分析

随着装配式车站在滨海城市的建设,软弱土体对车站结构力学性能的影响成为备受关注的问题之一。以深圳地铁某装配式车站为工程背景,采用Midas-GTS有限元分析软件,建立地层-结构模型,分析单拱大跨装配式车站的力学特征,探索不同弹性模量、泊松比、地层条件、覆土厚度对地下车站结构变形、受力及接头内力的影响和规律,对装配式车站结构的地层适应性提出理论依据和结构设计指导。结果表明：①在泊松比不变的情况下,弹性模量对车站结构力学性能影响较大,当弹性模量从15 MPa增大到60 MPa时,弯矩减小了44.58%;并且这种影响是非线性的,弹性模量在15～30 MPa区段变化时结构变形较为敏感,当弹模达到45 MPa以上时,敏感度下降;②地层条件对结构顶板跨中和拱脚支座内力影响较大,强风化地层相对填土地层拱顶弯矩减少了约29.62%,而对侧墙内力影响较小,对BC接头影响较大;③当装配式车站所在土层为填土时,BC接头弯矩冗余量非常小,在结构设计时需要对接头进行加强,或者对地层进行适当改良;④在硬塑地层中,当覆土厚度从3 m增加到5?m时,BC接头弯矩冗余量减少了35.37%,但接头冗余量均达到29%以上,接头的安全性储备较大,接头可靠。     

盾构管片接头力学性能数值模拟研究

研究目的:盾构隧道管片接头是管片结构能够稳定承受荷载的重要部分,管片与管片通常采用弯螺栓的连接方式,管片接头的结构构造和功能性相对复杂,使得其力学行为较为复杂,管片接头的力学性能对管片结构的性能具有决定性影响。基于此,针对盾构隧道管片接头力学性能问题,建立三维精细化有限元模型开展数值计算,从管片接头混凝土、螺栓应力及接头力学参数三个方面分析接头弯矩和轴力对管片接头力学性能的影响规律。研究结论:(1)随着弯矩的增大,混凝土第一主应力和第三主应力之间的差距逐步增大,接头接缝面受压区内混凝土处于较为不利的受力状态,尤其是接缝面最外缘区域内,随着弯矩的增大,该区域的范围由接缝面向两侧逐步扩大;(2)弯矩增大导致接缝面张开变形及螺栓Mises应力逐步增大,在相同弯矩作用下,螺栓的第一主应力、Mises应力和水平应力的最大值相等,表明螺栓主要承受水平方向的拉力;(3)正弯矩作用下的接头竖向位移略小于负弯矩作用时的接头竖向位移,说明管片接头正弯变形性能与负弯变形性能存在一定的差距;(4)正弯矩作用下接头变形能力好于负弯矩作用下接头变形能力,在接头转动变形较小时,接头抗弯刚度较大,随着接头转动变形的增大,接头抗弯刚度整体上呈减小的变化趋势;(5)本研究成果可为具有类似管片接头构造的盾构隧道工程提供参考。     

预制装配式地铁车站肥槽回填施工力学行为研究

依托长春地铁2号线袁家店站预制装配式地铁车站,利用MIDAS GTS NX软件建立单环地层-结构模型,考虑肥槽分级回填,分析回填不同材料时车站结构在位移、变形、内力等方面的变化趋势和分布规律,找出预制装配式结构的薄弱部位。结果表明:结构的薄弱部位主要集中在拱肩、拱脚及边墙底部;回填素混凝土与回填土相比结构内力和变形差异较小;拱脚处施加钢支撑可显著改善结构拱脚处的受力。研究结果可为预制装配式地铁车站的设计和施工提供参考。     

弯矩作用下盾构管片环向接头的力学模型

以兰州地铁1号线为工程背景,通过模型假设,对盾构管片环向受力进行分析,提出接头刚度的定义。通过管片各个阶段的受力特征,建立接头的力学解析模型,推导得到不同受力特征下管片环向接头的力学表达式;然后对管片接头用ANSYS建立有限元模型,在管片轴力与弯矩分别为(0 kN,±50 kN·m)、(200 kN,±100 kN·m)、(400 N,±150 kN·m)、(800 kN,±200 kN·m)、(1 000 kN,±250 kN·m)的情况下,得到弯矩与接头转角的关系,在接头轴力一定的情况下,管片接头转角随弯矩的增大而逐渐增大,但是M-θ曲线的切线斜率随着弯矩的增大而逐渐减小,在轴力超过600 kN时趋于稳定,M-θ曲线斜率为一定值,计算可以简化为直线,相同的计算条件下,解析解与有限元结果呈现相同的变化规律,在实际应用中可以用解析解进行计算得到接头刚度,进而进行管片的接头受力计算。     

单线隧道预制装配式衬砌结构选型及接头参数敏感性分析

预制装配式衬砌结构因施工速度快、质量高、易于维修等优点近年来在隧道工程领域备受关注。采用荷载-结构模型分析了不同围岩条件下整体衬砌内力特征。将衬砌结构分为8部分预制,采用有限元软件对预制结构进行了安全性验算,分析了不同接头刚度条件下接头处受力和变形。计算结果表明:隧道整体衬砌在Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级围岩条件下轴力、弯矩、横向位移、竖向位移最大值分别为1 192 kN,480 kN·m,13.9 mm,4.9 mm;预制装配式衬砌较整体衬砌在Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级围岩条件下最大横向位移分别增加1.6%,2.4%和1.0%,最大竖向位移分别增加1.3%,1.3%和2.4%,最大轴力分别减小0.02%,0.01%和0.06%,最大弯矩分别增加0.20%,0.11%,0.15%。综合考虑受力稳定与变形限制,衬砌接头刚度应不小于230 MN·m/rad。     

软土地铁车站接头结构在强地震作用下的响应研究

利用FLAC3D对典型地铁车站接头结构进行三维数值模拟,并考虑不同方向的地震波激励下的地铁车站接头结构的响应.结果表明:水平向和竖直向地震波耦合输入对地铁车站接头结构的轴力和剪力有利,但对于弯矩是不利的;接头处区间隧道断面竖直向变形大于水平向变形;竖直向地震波加速度输入时结构的加速度放大系数远大于水平向;土-结构体系在地震作用下,端墙与中板连接处的动土压力幅值最大;而车站端墙的动/静比值从端墙顶部到底部从大到小有规律变化.     

基于结构受力模式主动调整的高速铁路双线隧道预制装配式衬砌的设计选型

基于荷载-结构模型分析了不同围岩等级条件下整体衬砌内力特征,调整结构受力模式,从最大弯矩位置开始将衬砌结构分为7部分,分析了不同围岩等级及接头刚度条件下预制装配式衬砌结构的受力与变形特征。结果表明:与整体衬砌相比,各围岩等级下预制装配式衬砌的最大轴力和最大位移均不同程度增大,最大弯矩均不同程度减小,使隧道结构更加稳定;随着衬砌接头刚度逐渐增大,衬砌结构最大轴力和最大位移逐渐减小,最大弯矩先减小后增大;相对于整体衬砌,接头刚度小于45 MN·m/rad时预制装配式衬砌边墙、拱脚和仰拱安全系数略有下降,拱顶和拱肩安全系数大幅增加,因此接头刚度不宜大于45 MN·m/rad。     

地铁车站预制装配新技术研究策略

结合国内首次在地铁车站工程中研究和成功应用预制装配技术的情况,对大型地下结构预制装配新技术研究策略进行全面深入的分析和探讨,介绍国内外地下工程预制装配技术应用现状,分析预制装配技术应用于地面建筑和地下结构的不同特性,提出地铁车站预制装配关键技术及研究要点,并介绍取得的主要技术经济和社会效益。