地铁车站开洞中板受力论文
地铁车站中板洞口梁的探讨分析
土墙暗撑 的应用 ， 有效 的增加 了核心筒 的抗剪 能力 和延 性 。４ 多 ）
研 究［ ］ 建 筑结构 ， ０ ，８ ６ ：－０ Ｊ． ２ ８３ （ ） ６１ ． ０
５ Ｇ ２ ２ 高层建筑混凝土结构技术规程 ［ ］ ３０ Ｓ． 遇 及罕遇地震作用下 的计 算结果表 明 ， 本工程 能达 到预期 的性能 ［ ］ Ｊ Ｊ － ０ ，
地 铁 车 站 中 板 洞 口 梁 的 探 讨 分 析
蒋 盛 钢
（ 广州地铁设计研究院有限公司 ， 广东 广州 ５ ０ １ ） １０ ０
摘
要 ： 用三维计算软件 ， 运 对地铁 车站 中板洞 口梁 的设置进 行了探讨 ， 并对洞 口设 置明暗梁两者的受 力作 了分析 ， 同时将 两方案
的经济性和可行性进行 了比较 ， 出暗梁 方案优 先选择的结论。 得
１ 高层 及超高层 的建筑应重视 概念设计 ， ） 采取 合理 的结构方
出 版 社 ，０ ２ ２０．
３ 徐培福． 钢板一 混凝土组合剪 力墙 受剪性 能试验研 案， 满足建 筑的安全性 、 用性 和耐久性 。２ 加强层 的应用 ， 适 ） 有效 ［ ］ 孙建超 ， 究［ ］ 建 筑结构 ，０８ ３ （ ） １５ Ｊ． ２ ０ ，８ ６ ：－． 的提高 了结构 的侧 向刚度 。“ 有限刚度 ” 的理念应用 ， 有效 的减小 ４ 徐培福． 不同配筋形式混凝土 剪力墙受 剪性能试 验 了结构 竖 向刚度 和内力 的突变 。３ 混凝土钢板 剪力墙 、 筋混凝 ［ ］ 孙建超 ， ） 钢
表 １ 结构构件断面 尺寸
梁（ ） 柱 暗梁模型 明梁模型
单元
Ｌ １ １× ４ ０． ０ ９× ． ． ０９ １ ｏ ０ｏ ｏ
置路 由， 正因为如此 ， 中板洞 口梁 的断 面尺寸 直接 决定 着站 台层 层高的设计 ， 对车站埋深 、 工程造价起 着十分 重要 的影 响。 目前 ，
地铁车站结构中板开孔的处理
地铁结构中板开孔的处理行准确的分析并采取合适的措施较为困难。
2．现行的处理措施在现行的地铁设计中，一般采用如下方法来处理：在进行平面框架计算时不考虑中板开孔的影响，当成整板模拟，然后在中楼板单体设计中再对孔洞进行处理。
其处理措施借鉴房建结构的作法：¾措施一：设置孔边梁。
这类措施主要用在楼、扶梯类的较大开孔，由于受到限界的控制，横向梁并不能通长设置，如BTL-2，FTL-2仅能在洞口范围内设置。
这类措施的传力途径较为明确，以扶梯孔为例：纵向梁BTL-1承受部分中板荷载，并传给BTL-2，BTL-2将荷载传递给中纵梁。
现在也对此类较大开孔也有采用措施二的处理方式。
¾措施二：设置暗梁。
主要用于较小孔洞的处理，如大多数设备区的开孔。
暗梁配筋根据孔洞的大小，采用等量的被截断钢筋进行补强，如图一所示的暗梁1、2、3。
这些措施经过实践的检验，应该说是可行而且安全的，但在设计过程中，本人始终有这样的疑问：1）中板存在较大的（楼、扶梯）开孔时对结构的整体影响究竟有多大？2）由于地铁结构的中板较厚（一般≥400mm），而且其空间受力作用较强，简单的套用房建开孔处理措施是否合适？这些问题采用平面计算是无法得到解决的，我们尝试采用空间计算的方法对开孔结构进行分析，以评估所采取的措施是否合适。
3、分析过程3．1计算模式及工况计算选取地铁车站结构中最为常见的双层双跨箱形结构，采用SAP84结构分析通用程序进行空间分析，其计算模型与假定如下：¾单元模拟：将板、墙细分为板壳单元，纵梁、立柱为框架单元，每个节点均有6个自由度；¾边界条件：梁、板在纵向模型边缘按竖向滑动支座模拟；土体对底板的作用采用受压弹簧模拟；¾荷载采用面荷载的形式输入；¾纵向截取5跨作为计算分析范围。
3.2较大孔洞的计算分析计算选取了三种工况进行分析，通过对比以分析开孔对结构造成的影响： 工况一：板上无开孔；工况二：板上开2.4x8.9米的（扶梯）孔，孔边不设置梁，仅在孔边设置板加强带；工况三板上开孔，设置孔边梁3.2.12.5%素，以简化设计。
建筑物下方地铁车站中洞法施工的力学效应
第39卷，第4期 2 0 1 8年7月中国铁道科学 CHINA RAILW AY SCIENCEVol .39 No . 4Ju ly , 2018文章编号：1001-4632 (2018) 04-0014-08建筑物下方地铁车站中洞法施工的力学效应汪成兵，邵普，周宁(交通运输部公路科学研究院，北京100088)摘要：以北京某地铁车站为工程背景，采用1:20大比例模型试验与数值模拟的方法，对地面3层框架结构建筑物下方地铁车站中洞法施工的力学效应进行研究，模型试验结果与数值模拟结果吻合较好。
结果表明： 地表及建筑物顶部沉降、地表水平位移在中洞开挖支护期间最大，侧洞开挖支护期间次之，而中洞二衬期间最 小；施工完成后，车站拱底水平应力、垂直应力、侧壁附近水平应力减小，侧壁附近垂直应力增加；建筑物立 柱下部垂直应力变化值较上部大，外侧横梁水平变化值比中间横梁大；中洞开挖支护完成时围岩塑性区主要分 布在建筑物基础附近的围岩及侧洞未开挖土体，随着施工的进行建筑物基础下方围岩塑性区向车站方向进一步 发展，车站施工完成后围岩塑性区发展到车站边界。
关键词：地铁车站；地面建筑物；中洞法；施工力学效应；模型试验中图分类号：U 231.4 文献标识码：A doi ： 10. 3969/j . issn . 1001-4632. 2018. 04. 03随着城市地铁建设的迅猛发展，新建隧道不可 避免地会下穿地面建筑物，其中地铁车站穿越地面 建筑物的问题具有一定的代表性。
目前对隧道下穿 地面建筑物的研究主要集中在建筑物沉降预测、安 全控制等方面，且多为地铁区间等小断面隧道[16]， 对地铁车站等大断面隧道下穿地面建筑物的研究 较少。
地铁车站因其开挖断面大、施工工序繁多，其 施工力学效应也更加复杂，地表沉降控制相对更严 格，因此采用合理的暗挖施工方法相当重要。
中洞 法作为浅埋暗挖法中比较常用的一种工法，在地铁车站施工中得到了广泛的应用，如北京地铁5号线 磁器口车站和蒲黄榆站等均采用该工法施工。
车站导洞开挖技术研究与优化论文
车站导洞开挖技术研究与优化摘要:洞桩法具有结构受力条件好、工序倒换次数少、周围环境影响小、地面沉降相对小、断面利用率高、圬工废弃量小等优点[1-2]。
所以洞桩法一直是设计者和施工者探索的重要命题。
本文以北京地铁7号线双井站八导洞开挖为工程背景，利用大型有限元软件ansys建立模型，并结合现场实际监测数据进行对比，经过对比发现采用先开挖上导洞方案优于采用先开挖下导洞方案，结合实际现场经验提出采用用先开挖上导洞方案能有效控制地表沉降，同时通过分析发现监测点在导洞正上方时沉降要快，而且离导洞越远沉降越快.关键词:洞桩法；有限元；地表沉降中图分类号: p642 文献标识码: 文章编号: the station pilot tunnel excavation technology research and optimizationhuo run-ke1.2,huang jia1(1 college of civil engineering,xi²an university of architecture &technology,xi²an 710055;2 key laboratory of structural engineering and earthquake resistance of ministry of education,xi²an,710055)abstract:hole pile method has fewer circle of process,good structure stress condition, and small environment impact, small ground subsidence , high section utilization ratio,small masonry abandoned[1-2]. so the hole pile method is an important proposition of designers and builders to explore. based on eight pilot tunnel excavation of shuangjing station of beijing metro line 7 as engineering background, using the large finite element software ansys to establish model, in considering with the actual monitoring data, through the contrast we found that the scheme that excavating the above pilot tunnel firstly is better than scheme that excavating the below pilot tunnel firstly, combining with the actual field experience, the scheme that excavating the above pilot tunnel firstly in this paper can effectively control the surface subsidence, through the analysis, we found that monitoring point which above the pilot tunnel would subside faster, the faster the further away from the pilot tunnel key words:pba;finite element;surface subsidence1 工程概况1.1 工程背景本工程为北京地铁七号线双井车站紧邻北京市cbd核心区。
地铁车站大开孔结构设计初探
地铁车站大开孔结构设计初探摘要：地铁车站大开孔结构是一种常见地铁站结构形式，与传统结构相比，这种结构具有更理想的建筑性能，能够满足车站功能要求。
本文将结合案例分析法，以实际工程为研究对象，阐述了地铁车站大开孔结构设计的基本思路。
从工程的最终经验来看，文中介绍的大开孔结构具有可行性，可以满足地铁车站施工的基本要求，可做进一步推广。
关键词：地铁车站；大开孔结构；开孔方式前言：地铁车站埋置于自然地面以下，在设计中需要充分考虑车站功能的一些问题，包括光线问题、通风问题等。
随着相关技术的发展，中庭式建筑已在我国得到了应用与推广，由于地下车站的边界条件明显区别于地面建筑，在地铁车站中引入中庭式建筑会为地铁设计带来新的课题，应得到人们的重视。
1.地铁车站简介及其地质特征某地铁站长度为296m，按标准车站建设的要求，将其基坑深度控制在29.3m，车站主体采用钢筋混凝土箱型结构，采用明挖顺做法施工，站厅层平面如图1所示。
车站拟建于某城市广场的西侧，该地区地势平缓，周围人口居住密集，沿线交通繁忙，在一定程度上增加了工程项目的施工难度。
图 1 车站厅层平面图在工程项目开始之前，相关单位对施工场地进行了岩土层分析，掌握了岩土层的基本特性情况，其主要分布为：（1）素填土。
其成分相对复杂，均匀效果不理想。
（2）淤泥质粉质黏土。
通过现场实验调查发现，该地区的淤泥质粉质黏土的强度低，压缩性高，工程性质差，根据当地的实际情况，该土层具有流变性特点，容易影响工程项目的施工质量。
（3）粘土。
土工试验结果及静力触探比贯入阻值表明该层主具中等强度、中偏高压缩性，位于基底以上。
总体而言，文中介绍的车站施工难度较大，施工过程中所采用的大开孔结构要充分考虑这些因素的限制。
2.大开孔结构的设计思路为了能够进一步明确本项目中大开口结构设计的基本特征，文中采用数值计算方法来确定不同开孔尺寸及开孔位置对结构受力变化的影响。
2.1地铁车站站厅的设计在项目初期，站厅层板开孔之后，板的两个方向弯矩分布与大小变化并不明显。
基床系数对明挖地铁车站结构内力影响分析
基床系数对明挖地铁车站结构内力影响分析摘要：当今时代，地铁已经成为人们出行的一种重要出行方式。
据GB50307城市轨道交通岩土工程勘察规范定义，在外力作用下，单位面积岩土体产生单位变形时所需压力称为基床系数，其根据岩土体受力情况可分为水平基床系数和垂直基床系数。
基床系数不单纯是土的性质指标，其取值受土的类型和状态、基础形状和埋深、地基刚度、基底面积、荷载作用时间等因素综合影响，是轨道交通岩土工程勘察需要测定的重要参数之一。
关键词：基床系数；明挖地铁车站；结构内力引言在典型明挖地铁车站设计中，由于设备和建筑功能的需要，主体结构中板将设置较多孔洞，较大的孔洞有楼扶梯孔和风孔；对于主体侧墙结构，由于受出入口和风道附属接口的影响，主体结构侧墙需开孔，当主体结构板墙开孔后，将引起主体结构内力的变化，本文针对明挖地铁车站常用的标准三跨结构形式，分别采用改变侧墙水平基床系数和底板竖向基床系数的大小并建立多个不同模型，在荷载等其他条件不变的情况下，对比分析结构顶板、底板、侧墙的内力变化，从而找出了改变基床系数大小对结构内力的影响。
1基床系数概念及测定方法基床系数又称弹性抗力系数或地基反力系数，是地基土在外力作用下产生单位变形时所需的应力，可表示成式1。
K=P/s（1）式中：K为基床系数（MPa/m）；P为地基土所受的应力（MPa）；s为地基土在应力为P时的变形（m）。
2工程概况明挖地铁车站结构一般为侧墙两侧荷载对称，本文结构形式及荷载以地铁10号线雪松路站为基础，取其车站标准断面进行研究。
车站为地下2层三跨结构，标准段宽度为20．5m，纵向柱间距为9．75m，柱混凝土等级为C50，其余构件混凝土等级均为C40，车站覆土4m，地下水位为地面下3m，地下水类型为潜水。
车站底板及侧墙的水平及竖向基床系数为25MPa/m，水平侧压力系数为0．43。
车站结构底板大多位于中粗砂、砾砂、粘土及中风化岩石，基床系数从20MPa/m～200MPa/m不等。
地铁车站中板异形大开孔受力分析
1引言随着城市建设规模的不断扩展,为最大限度地吸引客流及方便乘客出行,轨道交通车站对建筑功能及运营使用提出了更高的标准和要求[1],结构型式也更复杂。
如何更好地提升换乘车站建筑功能、改善乘车舒适度及解决复杂结构型式,是车站设计的关键。
常规地下车站结构板采用纵向主梁+局部针对开孔设置孔边梁的受力体系。
为满足车站公共区功能提升,楼扶梯布置集中在站台中央,以至于车站纵梁无法连续;楼扶梯孔均为8~14m 大孔,导致开孔周边的中板受力特殊,同时较多开洞必将削弱地下结构抗震能力。
目前,相关学者就地下车站的开孔及地震响应进行了诸多研究,主要为标准车站地震作用分析[2]以及侧墙开孔[3]、轨排井开孔[4]等规则孔洞分析,也有就无柱车站中板结构受力进行分析[5]。
但是针对不规则开孔以及中板纵梁不连续的结构受力分析和地震影响分析尚不多见。
本文依托成都地铁某条地铁线不同公共区建筑布置的异形开孔结构设计进行分析,并对结构布置提出合理化建议,为地铁车站结构设计提供参考,使结构设计更安全、合理、经济。
2单柱双跨车站以某单柱双跨车站为例,车站公共区净宽度18.3m ,公共区采用两组双扶梯加一组楼梯的布置形式,两组双扶梯沿中心里程对称布置,一组楼梯和无障碍电梯布置于中心里程处,楼梯一般呈T 形布置。
中板楼梯与无障碍电梯大开孔尺寸8.05m ×7.55m ,扶梯单个开孔为1.84m ×12m 。
中板厚度400mm ;【作者简介】王颖（1986~），女，四川成都人，高级工程师，从事结构工程设计与研究。
地铁车站中板异形大开孔受力分析The Mechanical Analysis of Special-Shaped Openings in Middle Plate of Metro Station王颖（中铁二院工程集团有限责任公司，成都610031）WANG Ying(China Railway Eryuan Engineering Group Co.Ltd.,Chengdu 6l0031,China)【摘要】以成都某条地铁线路双跨及3跨车站两种公共区中板异形大开孔为背景，采用三维有限元模型对不同型式异形孔的结构布置、受力变形及地震响应等进行分析，确定地下结构空间效应以及抗震薄弱部位。
混凝土梁上开孔后的受力性能分析论文1
既有混凝土梁上开孔后的受力性能分析与加固设计何绪杰 1 王乘风1方有珍21. 苏州金泰科工程加固公司苏州2150002. 苏州科技学院土木学院苏州215011摘要：针对实际工程加固改造中在既有混凝土梁上开洞的情况，采用一般计算分析方法和ABQUS进行精确的弹性分析，结果显示：洞口的增设导致梁的强度有一定幅度的降低，同时洞口周边也出现了一定程度的应力集中现象。
根据分析结果提出洞口附近的加固设计方案，保证了混凝土梁的抗弯、抗剪承载能能力，缓解了洞口周边的应力集中现象，提高了结构的可靠性，这将为从事建筑结构加固改造的相关设计人员提供了参考。
关键词：开洞；弹性力学分析；承载能力；加固设计方案Mechanical Analysis and Retrofitting design of opening in Built-up BeamFang Youzhen1Yu Xiaojian2Wang Chengfeng33. Suzhou Kingtech reinforce Engineering Co. Ltd, Suzhou 215000, China；2. Archi-Feeling(Suzhou) Co. Ltd, Suzhou 215131, China；3. College ofCivil Engineering, University of Science and Technology of Suzhou, Suzhou 215011, China ;Abstract: Combined with the practice of opening in built-up beam, the conventional design method and FEM software named ABQUS were adopted to calculate and analyze, the the elastic mechanical behaviour of it was derived. The results show the flexural and shear carrying-capcity were declined to some extent, stress-concentration discovered in the nearby region of opening. Based on the results, the retrofitting design plan was provided to ensure the loading-carrying capcity of built-up beam, relieve the stress-concentration, improve the reliability of the structure, offfer the reference for relevants researcher and designers. Keywords: opening; elastic mechanical analysis ; loading-carrying capacity; retrofitting design plan近年来，为了满足建筑物的使用功能改变的要求，对既有建筑物进行加固改造的需求日益增多，有的为了改善办公条件将小开间改为大开间；有的为了提高建筑物的利用率，将原来的大空间进行增层；有的为了交通方便增设电梯间或扶梯等等。
地铁车站开洞中板受力探讨
地铁车站开洞中板受力探讨【摘要】采用有限元分析方法对地铁车站中板开洞后的受力进行分析。
通过对比不同的开洞情况，得出了单向板开洞后对洞边板受力及弯矩的影响，为计算洞边梁的受力提供指导。
【关键词】单向板开洞板洞边梁板弯矩地铁车站1 概述地铁车站结构设计中，为满足通风、设备、电力等专业的要求，需要在车站中板相应的位置开设孔洞。
同时考虑施工因素，也需要在车站中板开设诸如扶梯孔及盾构吊装孔等较大孔洞。
这就使得中板上的洞口数量较多，且孔洞尺寸大小差别较大。
这些孔洞的存在，破坏了中板结构的整体性，改变了中板结构的受力特性，从而导致中板在孔洞位置附近应力及弯矩发生变化。
在结构设计中需对孔洞周边板的力学特性进行研究，以确定洞口边缘的应力及弯矩，从而对孔洞边缘薄弱处采取一定的加强措施。
然而，对于洞边板所承受的荷载，目前尚没有明确的规范算法。
设计中，常用的做法是：若孔洞尺寸较小（如强电井、弱电井等），则在孔洞四周设置暗梁，若孔洞尺寸较大（如楼梯孔、盾构吊装孔等），则在洞口设置次梁。
对于洞边梁所承受的荷载范围及大小，目前尚无定论。
笔者根据三维有限元分析结果，对地铁车站中板开洞后的受力情况进行分析，并对比开洞前后板周围弯矩的变化，以期得出对结构设计有所借鉴的结论。
2 有限元建模地铁车站中通常通过施工缝或者诱导缝将中板断开，诱导缝的间距一般在24m~35m之间，由于中纵梁及侧墙的约束作用，中板可以作为单向板考虑。
本文以天津地铁6号线某车站中板跨度及诱导缝设置为基础，建模分析中板开洞对中板受力的影响。
2.1 构件参数中板采用C35混凝土，板厚0.4m。
板宽7.1m，长30m。
用板单元模拟中板。
在中板纵向中部（15m处）分别开设1×1.5m、2×3m及3×4m的孔洞，分析不同尺寸的孔洞对中板受力的影响。
同时，将相同尺寸的孔洞分别开设在中纵梁边、距中纵梁D/4（D为开洞后剩余板宽度）处及跨中，以此分析对比相同尺寸的孔洞开设在中板不同位置时对中板受力的影响。
地下车站结构板大开孔受力分析及处理措施探讨
地下车站结构板大开孔受力分析及处理措施探讨徐小涛摘㊀要：结合某两层地下车站，对结构板开孔的处理措施进行了总结，并采用数值模拟方法，分别讨论结构板上未开设轨排井㊁结构板中部开设轨排井及结构板上靠侧墙位置开设轨排井三种情况下，开设大孔洞时结构的变形趋势及受力特点，研究结果对地铁地下车站设置轨排井的设计具有指导意义㊂关键词：地下车站；轨排井；受力分析；结构措施一㊁引言地铁建设是一个综合性工程，涉及专业繁多，通常在结构专业设计中，为满足其他专业要求，需在结构板相应位置预留各类孔洞，例如为满足区间盾构隧道始发和接收要求，需在车站端头结构板预留盾构井；为满足轨道专业要求，需在车站结构板中预留轨排井，为满足常规风水电专业以及系统专业的要求，需在相应位置预留各类孔洞等㊂这些孔洞的存在，破坏了结构板的整体性与连续性，导致结构在孔洞边缘位置应力发生变化，目前并无明确的规范算法计算结构开孔，设计中通常对孔洞边缘薄弱处采取一定的加强措施进行处理㊂二㊁轨排井开孔的结构处理方法钢轨每节长度一般为２５ｍ，需通过轨排井由地面吊入到地下结构内，轨排井孔洞尺寸通常为４ ５ｍˑ３０ｍ（孔纵向中心线与线路中心线距离越小取小宽度）㊂由于结构板上开孔较大，中板和顶板处侧墙可视为悬臂结构，一般采用以下两种方式来做轨排井：１）从围护结构上进行考虑，采用排桩＋锚杆的支护形式来抵抗水土侧压力以及施工超载侧压力，优点是车站外扩面积小，永久占地少，在铺轨期间通过土层锚杆来承担侧向水土压力，缺点是土层锚杆较长，侵入地块或市政道路，侵入地块后期较难拔出㊂２）从主体结构上进行考虑，采用扶壁柱形式来抵抗水土侧压力以及施工超载侧压力，并在临土侧孔边设置框梁㊂优点是围护结构照常设计，无需侵入地块或市政道路，在铺轨期间通过主体结构扶壁柱来侧向水土压力，缺点是车站外扩面积较大，永久占地较多，铺轨范围内侧壁㊁扶壁柱配筋率较大㊂目前地铁工程建设中，上述两种方法都比较常用，设计上应根据现场环境情况以及地块用地要求选择合理方案㊂三㊁轨排井开孔数值分析以某两层地下车站轨排井设置为例，采用三维有限元方法，建立数值模型分析大孔洞设置在结构板不同位置时车站结构的力学响应㊂（一）工程概况某车站为地下两层明挖１１ｍ岛式站台车站，结构设计采用双层单柱双跨（局部双柱三跨）整体钢筋混凝土形式明挖法施工㊂车站外包总长５０５．１０ｍ，标准段宽度为１９．７０ｍ（站台中心处），局部位置有加宽，顶板覆土约２．０ｍ㊂基坑范围内地质土层以杂填土㊁黏土为主，地层力学参数详见表１㊂表１㊀基坑参数岩土分层岩土名称天然密度（ｇ／ｃｍ３）静止土压力系数Ｋ０垂直基床系数ｖ（ＭＰａ／ｍ）水平基床系数ｈ（ＭＰａ／ｍ）１－１杂填土１．９２０．７２８９２－３－３黏土１．９２０．５１６１８２－５－４黏质粉土１．９４０．５２５３０５－３－４黏土１．９８０．４５０５５㊀㊀（二）数值模型结果分析１．结构板不设轨排井位移及受力分析结构侧墙的横向位移和竖向弯矩如图１和图２所示㊂图１㊀结构板不设轨排井时侧墙横向位移图图２㊀结构板不设轨排井时侧墙弯矩图由模拟结果可知，侧墙的横向变形整体较小，最大值为１．７ｍｍ，最大值出现在地下二层跨中位置㊂侧墙在荷载准永久组合下的最大弯矩值为１０９４ｋＮ㊃ｍ，最大值出现在底板支座处㊂结构板上未开设轨排井时，结构板刚度无削弱，对侧墙起到很好的支座作用，侧墙受力为典型的单向板模式㊂２．靠侧墙边设轨排井位移及受力分析结构侧墙的横向变形和竖向弯矩如图３和图４所示㊂图３㊀靠侧墙边设轨排井时侧墙横向位移图图４㊀靠侧墙边设轨排井时侧墙弯矩图６４１技术与检测Һ㊀由模拟结果可知，侧墙在开设轨排井的位置横向变形显著增大，最大值为１２５ｍｍ，最大值出现在顶板开孔处㊂侧墙在荷载准永久组合下的弯矩最大值为５０９０ｋＮ㊃ｍ，最大值出现在底板支座处㊂和未开设轨排井相比，位移增大了约７３．５倍，弯矩值增大了约４．６倍㊂结构板上开设轨排井后，结构板的刚度大幅削弱，对侧墙的支座约束作用减弱，侧墙的竖向计算跨度增大，现出类似悬臂结构的受力特点㊂３．靠结构板中部设轨排井位移及受力分析结构侧墙的横向变形和竖向弯矩如图５和图６所示㊂图５㊀靠结构板中部设轨排井时侧墙横向位移图图６㊀靠结构板中部设轨排井时侧墙横向位移图由模拟结果可知，侧墙在结构板中部开设轨排井时，轨排井位置的横向变形相对增大，最大值为６．６５ｍｍ，侧墙在荷载准永久组合下的弯矩最大值为１７８８ｋＮ㊃ｍ㊂和未开设轨排井相比，位移增大了约４倍，弯矩值增大了约１．６倍㊂在结构板中部开设轨排井后，结构板的刚度有削弱，根据计算分析，轨排井孔洞边缘到侧墙范围这部分的结构板，类似于孔洞环框作用，仍能对侧墙起到良好的支座约束作用㊂４．结论文章对结构开孔的处理措施进行了总结，并结合某两层地下车站，采用理论分析结合数值模拟的方法讨论了结构板开设大孔洞的受力特点，得出以下结论：（一）一般在地铁结构设计中，当洞口尺寸大于１０００ｍｍ时，洞边应设置暗梁或明梁进行处理㊂（二）结构板上未开设轨排井时，结构板刚度无削弱，对侧墙起到很好的支座作用，侧墙受力为典型的单向板模式㊂（三）在结构板中部开设轨排井后，结构板的刚度有削弱，轨排井孔洞边缘到侧墙范围这部分的结构板，类似于孔洞环框作用，仍能对侧墙起到良好的支座约束作用㊂但通常在地铁设计中，轨排井极少有条件在结构板中部开设㊂（四）结构板上靠侧墙位置开设轨排井后，结构板的刚度大幅削弱，对侧墙的支座约束作用减弱，侧墙的竖向计算跨度增大，现出类似悬臂结构的受力特点㊂（五）在地铁设计中轨排井通常靠侧墙开设，需采取加强措施进行处理，一种是采用排桩＋锚杆的支护形式来抵抗水土侧压力以及施工超载侧压力，另一种是采用主体结构扶壁柱形式来抵抗水土侧压力以及施工超载侧压力㊂参考文献：［１］占文峰，王怿超．建筑结构楼板开洞部位分析及加强措施［Ｊ］．江西科学，２００９，２７（２）：２３３－２３５．作者简介：徐小涛，徐州市城市轨道交通有限责任公司㊂（上接第１４５页）的影响㊂砂轮结合剂选择期间应同磨削速度㊁方法㊁齿轮质量等方面要求相结合㊂不同结合剂特点不同，选择标准应和磨削要求相近㊂砂轮组织会对磨削性能产生较大的影响㊂若砂轮组织出现疏松情况，且磨削效率很高，此时砂轮就会损耗的较快，寿命相对较短；若砂轮组织较为紧密，不能容纳切屑，则容易导致磨削热较高㊂４．提升磨削液冷却成效㊂机械零件加工及生产期间磨削液的使用，可以达到一定清洗㊁润滑等功效，与此同时，磨削液在生产期间的合理应用，还能降低局部温度，使其达到１００ １５０ħ，同时降低１０％ ３０％切削力，延缓砂轮寿命至少４倍㊂磨削液在齿轮加工质量方面产生的影响，主要包含下面两方面：化学液与供给方式㊂对于磨削液而言，其主要可以分成油基磨削液与水基磨削液㊂其中，水基磨削也具有较好的冷却效果，但常常在磨削区域内出现热胀冷缩等问题，因而常使其内应力不断增加；油基磨削液附着性较强，可以隔绝空气，避免在磨削区域出现氧化即水解等反应㊂因此齿轮磨削期间，一定要结合磨削条件与齿轮材料合理配置磨削液，通常情况下，常常将轻矿物油作为其中的首选㊂磨削液在齿轮中的应用，实际效果受到磨削液自身情况与供给方法等双面影响㊂因齿轮具有凹凸两面，磨削期间，很难将磨削液送入凹面中，因而常常出现齿面烧伤与磨削裂纹情况，因此在这一区域除了使用浇筑法以外，还会使用压力冷却㊁喷雾冷却等方法㊂此外，还应缩减磨削深度，增加磨削液流量，如此方能将更多磨削热量带走㊂四㊁结语综上所述，齿轮生产加工期间，质量问题备受关注，为了确保齿轮生产质量，有必要合理防控齿轮裂纹问题，文章通过分析齿轮裂纹产生的原因，提出了相关的防控措施，具体而言，可以从热处理与磨削加工两方面入手，及时采取防控措施，减少齿轮表层出现的裂纹问题，从而不断提升齿轮生产总质量㊂参考文献：［１］张荣，韦尧兵，剡昌锋，高刚刚，赵晓峰，苟卫东．螺旋锥齿轮磨削裂纹产生原因及预防措施综述［Ｊ］．机床与液压，２０１９，４７（５）：１５６－１６２．［２］薄文丽．齿轮磨削裂纹产生原因的排查和改进［Ｊ］．金属加工，２０１４（１７）：４６－４７＋４９．［３］宋丽玲．主动齿轮裂纹性质及原因分析［Ｊ］．价值工程，２０１３，３２（５）：１９－２０．［４］明兴祖，李飞，张然，等．螺旋锥齿轮磨削表层金相组织的试验研究［Ｊ］．中国机械工程，２０１４，２５（２）：１７４－１７９．作者简介：毛美琴，南京兴农齿轮制造有限公司㊂７４１。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
地铁车站开洞中板受力探讨
【摘要】采用有限元分析方法对地铁车站中板开洞后的受力进行分析。
通过对比不同的开洞情况，得出了单向板开洞后对洞边板受力及弯矩的影响，为计算洞边梁的受力提供指导。
【关键词】单向板开洞板洞边梁板弯矩地铁车站
中图分类号：u231+.4文献标识码： a 文章编号：
1 概述
地铁车站结构设计中，为满足通风、设备、电力等专业的要求，需要在车站中板相应的位置开设孔洞。
同时考虑施工因素，也需要在车站中板开设诸如扶梯孔及盾构吊装孔等较大孔洞。
这就使得中板上的洞口数量较多，且孔洞尺寸大小差别较大。
这些孔洞的存在，破坏了中板结构的整体性，改变了中板结构的受力特性，从而导致中板在孔洞位置附近应力及弯矩发生变化。
在结构设计中需对孔洞周边板的力学特性进行研究，以确定洞口边缘的应力及弯矩，从而对孔洞边缘薄弱处采取一定的加强措施。
然而，对于洞边板所承受的荷载，目前尚没有明确的规范算法。
设计中，常用的做法是：若孔洞尺寸较小（如强电井、弱电井等），则在孔洞四周设置暗梁，若孔洞尺寸较大（如楼梯孔、盾构吊装孔等），则在洞口设置次梁。
对于洞边梁所承受的荷载范围及大小，目前尚无定论。
笔者根据三维有限元分析结果，对地铁车站中板开洞后的受力情况进行分析，并对比开洞前后板周围弯矩的变化，以期得出对结构设计有所借鉴的结论。
2 有限元建模
地铁车站中通常通过施工缝或者诱导缝将中板断开，诱导缝的间距一般在24m~35m之间，由于中纵梁及侧墙的约束作用，中板可以作为单向板考虑。
本文以天津地铁6号线某车站中板跨度及诱导缝设置为基础，建模分析中板开洞对中板受力的影响。
2.1 构件参数
中板采用c35混凝土，板厚0.4m。
板宽7.1m，长30m。
用板单元模拟中板。
在中板纵向中部（15m处）分别开设1×1.5m、2×3m 及3×4m的孔洞，分析不同尺寸的孔洞对中板受力的影响。
同时，将相同尺寸的孔洞分别开设在中纵梁边、距中纵梁d/4（d为开洞后剩余板宽度）处及跨中，以此分析对比相同尺寸的孔洞开设在中板不同位置时对中板受力的影响。
2.2 边界约束
由于侧墙及中纵梁的存在限制了中板的位移及转动，因此假定中板在侧墙及中纵梁位置处为固定约束，另外两边自由。
2.3 荷载
根据相关规范，地铁车站中板承受的荷载为设备荷载、人群荷载、装修层荷载等。
为使计算具有代表性，本文取中板所受的荷载为均布面荷载，大小取常用值8kn/m2。
3 结果分析
3.1 无洞板数值模拟结果分析
中板不开洞时数值模拟的应力图如图1所示。
由图中可以看出，
单向板在受到均布压力作用后，按照应力大小可以将板沿横向依次分为支座处高应力区、低应力区、跨中高应力区、低应力区及支座处高应力区5个应力区如图1所示。
根据数值模拟结果，得出支座负弯矩值为-33.6kn·m，跨中最大弯矩为16.8kn·m，与理论计算结果符合较好。
3.2 开洞板数值模拟结果分析
通过数值模拟发现，在均布压力作用下，当洞口边位于高应力区域时，在洞口尖角部位发生明显的应力集中现象；当洞口边靠近低应力区域时，洞口尖角部位发生应力集中现象不明显，这是因为开洞后低应力区的应力向洞口尖角处集中，但由于其值较小，在应力集中位置所产生的应力值也偏小；当洞口边位于低应力区时，由于应力集中的原因，支座处高应力区的应力会向洞口尖角处转移，因此也能形成明显的应力集中现象。
如图2所示。
根据相关学者的研究，应力集中的范围不会超过洞口角部0.1l（l为板跨度）[1]，因此当洞口宽度大于0.1l时，应力集中的范围随洞口宽度的增大变化不明显。
由于开洞后洞口处发生了应力集中，必然引起洞口附近板的弯矩发生改变。
模拟结果显示，与板纵向平行的洞口边板弯矩值变化较小，不起控制作用。
与板纵向垂直的洞口边板的弯矩变化较大，对结构设计起控制作用。
以下主要对垂直于板纵向的板弯矩进行研究。
根据数值模拟结果，绘制出洞口边缘板的弯矩图如图3所示。
a）1×1.5m洞口
b）2×3m洞口
c）3×4m洞口
图3开洞板弯矩图
由图3可以看出，当洞口一侧位于支座处高应力区时，会在洞口角部产生明显的弯矩增大现象；当洞口一侧位于跨中l/4（l为板跨度）宽的区域时，也会产生明显的弯矩增大现象。
当洞口距板边最近距离为l/3~3l/8（l为板跨度）时，由于应力集中作用，板低应力区的应力向洞口角部集中，但应力集中后的应力值仍小于未开洞时板的应力值，从而使开洞角部的弯矩减小，而另外一边的弯矩与其所处位置有关。
当洞口全部位于跨中正弯矩区时，会引起两侧支座负弯矩不同程度的减小，开洞越大，负弯矩减小越大，而跨中正弯矩的改变则与开洞尺寸有关系。
这是因为开洞后，板承受的荷载面积减小，从而造成弯矩减小，而在洞口附近产生的应力集中又会使板弯矩增大。
当荷载减小的影响大于应力集中的影响时，跨中弯矩减小，反之，跨中弯矩则增加。
表1给出了开洞尺寸及位置变化时对板弯矩的影响。
表1板弯矩表
根据模拟结果发现，洞口宽度对板弯矩影响较小，对板弯矩起控制作用的为洞口的高度，这与代伟等人研究的双向板受力有所不
同[2]。
当洞口位于支座边时，支座负弯矩由于应力集中而增大，但影响范围很小。
随着洞口高度的增大，支座负弯矩也随之增大，但当洞口高度达到一定尺寸后（约0.42l），支座负弯矩增加达到峰值，超过这个尺寸后，当洞口高度继续增大时，支座负弯矩反而降低。
由表1可看出，支座负弯矩由于开洞而增大的值不超过不开洞时的17%，设计时，在保证安全的前提下，为方便计算，可取不开洞时板支座负弯矩的1.2倍计算开洞时的支座负弯矩。
当洞口一边位于跨中l/4（l为板跨度）宽的区域，而另一边不在该区域时，由表1可以看出，弯矩最大可增至开洞前的1.4倍。
设计时，考虑安全因素，可取开洞前弯矩的1.5倍。
当洞口全部位于跨中正弯矩区时，若洞口高度大于0.42l，板跨中弯矩将小于未开洞时的弯矩，但差别不大。
安全起见，建议按未开洞板弯矩进行设计；若洞口高度小于0.42l，跨中弯矩将大于未开洞时板跨中弯矩，根据表1的结果，设计时可取为未开洞板跨中弯矩的1.2倍。
由以上计算及分析可以看出，地铁中板开洞后对板弯矩影响较大，但由于中板荷载相对较小，厚度相对较大，根据蒋盛钢[3]等人的研究，地铁车站开洞板应优先考虑设置暗梁，暗梁不能满足要求时再设置明梁。
4 结论
（1）当洞口一侧距离板边0~l/3时，会产生较明显的应力集中现象，支座处板的负弯矩可按未开洞时的1.2倍计算。
（2）当洞口一侧距板边最近距离为l/3~3l/8（l为板跨度）时，洞口该边角部的弯矩减小，另外一边弯矩大小与其位置有关。
（3）当洞口一侧距离板边3l/8~l/2时，会产生较明显的应力集中现象，跨中弯矩可按未开洞时的1.5倍计算。
（4）当洞口位于跨中正弯矩区时，会引起支座负弯矩减小，开洞越大，负弯矩减小越多。
跨中正弯矩与开洞尺寸有关，当洞口尺寸小于0.42l时，跨中正弯矩可按未开洞时的1.2倍计算，当洞口尺寸大于0.42l时，可按未开洞时板弯矩计算。
参考文献：
[1]王晓东.开洞板洞口周边弹性加强探讨[j].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2006,04:6-10.
[2]代伟,熊峰. 结构设计中开洞板的不同处理办法[j]. 四川
建筑,2007,03:153-154+157
[3]蒋盛钢. 地铁车站中板洞口梁的探讨分析[j]. 山西建
筑,2012,09:46-47.。