• ISSN 0258-2724
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预制装配式地铁车站单环结构传力与变形机理

丁鹏 陶连金 杨秀仁 赵继 石城 安韶

丁鹏, 陶连金, 杨秀仁, 赵继, 石城, 安韶. 预制装配式地铁车站单环结构传力与变形机理[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(5): 1076-1084, 1110. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180719
引用本文: 丁鹏, 陶连金, 杨秀仁, 赵继, 石城, 安韶. 预制装配式地铁车站单环结构传力与变形机理[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(5): 1076-1084, 1110. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180719
DING Peng, TAO Lianjin, YANG Xiuren, ZHAO Ji, SHI Cheng, AN Shao. Force Transfer and Deformation Mechanism of Single Ring Structure of Prefabricated Subway Station[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(5): 1076-1084, 1110. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180719
Citation: DING Peng, TAO Lianjin, YANG Xiuren, ZHAO Ji, SHI Cheng, AN Shao. Force Transfer and Deformation Mechanism of Single Ring Structure of Prefabricated Subway Station[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(5): 1076-1084, 1110. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180719

预制装配式地铁车站单环结构传力与变形机理

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180719
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2017YFC0805403,2017YFB1201104);国家自然科学基金(41572276,41877218)
详细信息
    作者简介:

    丁鹏(1986—),男,博士研究生,研究方向为地下工程抗震,E-mail:shengpeng86@163.com

  • 中图分类号: TU921 U231

Force Transfer and Deformation Mechanism of Single Ring Structure of Prefabricated Subway Station

  • 摘要: 为了研究新型装配式车站结构的力学与变形性能,以长春某国内首例预制装配式地铁车站为背景,基于有限元软件ABAQUS对装配式地铁车站单环结构拼装成环后传力与变形机理进行研究. 首先,建立了不同结构形式与钢丝杠支撑组合的4种工况数值模型;其次,对结构在自重作用下的力学、变形和接头接触性能进行了对比分析;最后,揭示了该类型预制装配式地铁车站单环结构的传力与变形机理. 研究结果表明:钢丝杠的支撑作用不容忽视,在拱脚外侧增设水平钢丝杠后,结构最大Mises应力降低约40%,最大主应力降低约80%,最大水平位移降低约90%,拱顶挠度降低约80%,结构内部降剪、降弯效果明显;接头接触状态发生明显变化,除拱顶D-E接头外其余接头接触面挤压面积比例显著增大,拼装结构基本达到了传力稳定可靠、变形安全可控的设计要求,整体自稳能力显著提升. 钢丝杠与拼装结构协同工作优化了单环结构的传力路径,有效限制了结构的水平与竖直变形,该类型装配式结构的力学与变形性能优于未设置钢丝杠的现浇结构的对应指标.

     

  • 图 1  长春某预制装配式地铁车站施工图

    Figure 1.  Construction drawing of Changchun prefabricated subway station

    图 2  预制装配式车站(单位:m)

    Figure 2.  Prefabricated subway station (unit: m)

    图 3  “单环实体-装配式结构”三维有限元模型

    Figure 3.  Three-dimensional finite element model of “single loop solid-assembly structure”

    图 4  各构件闭腔和榫槽接头

    Figure 4.  Closed cavity and mortise diagram of each components

    图 5  结构应力云图

    Figure 5.  Structural stress nephograms

    图 6  断面编号

    Figure 6.  Numbers of cross sections

    图 7  结构关键部位内力值对比

    Figure 7.  Contrast diagrams of internal force of key parts of structure

    图 8  工况3主应变云图

    Figure 8.  Main strain nephograms (working condition 3)

    图 9  工况位移云图

    Figure 9.  Displacement nephograms under different working conditions

    图 10  接触面接触状态

    Figure 10.  Contact states of contact surfaces

    图 11  接触面接触状态云图

    Figure 11.  Nephogram of contact surface contact state

    图 12  预制装配式结构传力路径

    Figure 12.  Schematic diagram of transmission path of prefabricated structure

    表  1  工况设置

    Table  1.   Working conditions setting

    工况说明接头形式钢丝杠荷载
    1 装配式结构 接触面 自重
    2 现浇结构 绑定
    3 装配式结构 + 丝杠 接触面
    4 现浇结构 + 丝杠 绑定
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    表  2  结构应力极值及位置统计

    Table  2.   Statistics of extreme value and location of structural stress MPa

    工况最大 Mises 应力最大主应力(受拉)最小主应力(受压)
    应力位置应力位置应力位置
    1 3.80 C 块上部内侧和
    拱顶变截面处
    3.54 C 块上部外侧和
    D—E 接头下侧变截面处
    −3.91 C 块上部内侧和 D—E
    接头上侧变截面处
    2 3.81 3.41 −3.91
    3 2.25 拱脚内侧 0.71 D—E 接头下侧变截面处和
    拱腰外侧
    −2.28 拱脚内侧
    4 2.18 0.83 −2.20
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    表  3  结构主应变及位置

    Table  3.   Structure main strain values and positions ×10−6

    工况最大主应变(受拉)最小主应变(受压)
    应变位置 应变位置
    1 100 C 块上部外侧和 D—E 接头下侧变截面处 −112 C 块上部内侧和 D—E接头上侧变截面处
    2 94 −112
    3 22 D—E 接头下侧变截面处和拱腰外侧 −63 拱脚内侧
    4 20 −65
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    表  4  结构位移最大值及位置统计

    Table  4.   Maximum and position statistics of structural displacements mm

    工况构件块
    名称
    水平挠度竖直(拱顶挠度)
    位移
    最大值
    位置位移
    最大值
    位置
    1 D −4.20 拱脚 7.91 D—E
    接头
    (拱顶)
    E 3.97
    2 D −3.08 6.25
    E 2.07
    3 D −0.28 拱腰 1.42
    E 0.31
    4 D 0.26 1.28
    E 0.29
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    表  5  各接触面变形与最大法向接触应力

    Table  5.   Deformation and maximum normal contact stress at each contact surface

    接头
    位置
    工况 1(无钢丝杠)工况 3(有钢丝杠)
    最大张开
    距离/mm
    最大转角/(°)最大法向接触应力/MPa最大张开
    距离/mm
    最大转角/(°)最大法向接触应力/MPa
    D—E1.130.0721.70−0.901.030.0670.680.33
    CL—D1.250.1303.25−1.781.010.390
    CR—E1.150.1203.10−2.401.010.410
    BL—CL1.300.1050.98−0.461.010.68−0.01
    BR—CR1.290.1040.91−0.491.010.64−0.01
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-23
  • 修回日期:  2019-02-25
  • 网络出版日期:  2020-02-17
  • 刊出日期:  2020-10-01

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