某地鐵車輛段柱式檢查坑支墩結(jié)構(gòu)側(cè)向變形限值探討

1、某地鐵車輛段柱式檢查坑支墩結(jié)構(gòu)側(cè)向變形限值探討 摘要：目前我國已建成或在建地鐵工程車輛段檢修庫一般設(shè)置成混凝土支墩式檢查坑，而支墩結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度目前尚無規(guī)范對其進行規(guī)定和要求。本文通過對框架和剪力墻變形分析，對比分析了混凝土支墩變形特點，提出了混凝土支墩剛度及變形限值建議。 關(guān)鍵詞：地鐵車輛段；支墩結(jié)構(gòu)；側(cè)向剛度 discussing of trassformation limits of the pillar structure in the metro-depot wang chun-li，jing si-nan (the third railway survey and design i

2、nstitute group corporation tianjin 300251, china) abstract: recently, there are not specified requirements to limit the profile rigidity of the pillar structure made of concrete in the metro-depot which has been built or is building in our country. this article provides advice on the profile rigidit

3、y and transformation specified requirements of the pillar structure by analyzing and contrast the transformation characteristic between the frame and shear wall. key words: metro-depot, pillar structure, profile rigidity 中圖分類號： tu74文獻標識碼：a文章編號：2095-2104（2013） 0引言 目前我國已建成或在建地鐵工程車輛段運用庫一般按每股道2列位盡端式布置車輛

4、停放和周、月檢，為了車輛技術(shù)檢查作業(yè)方便，我們習慣性設(shè)置成全柱式檢查坑。本文工程由于受到限界限制，柱支墩截面采用200x300mm鋼筋混凝土柱，橫向設(shè)300x200mm鋼筋混凝土梁，從而形成門式支撐。檢查坑內(nèi)凈距1100mm，外尺寸1500mm。按0.913m及1.826m布置柱位。局部設(shè)置2400mm短軌枕。一般坑深1.4m（如下圖示）。 1混凝土支墩結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度目前尚無規(guī)范對其進行規(guī)定和要求 民用建筑結(jié)構(gòu)中對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的側(cè)向剛度有明確規(guī)定，如：高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（jgj3-2010）中3.7.3條（抗震設(shè)計規(guī)范也有相同的要求）。 規(guī)范規(guī)定此限值目的是在側(cè)向力作用下，防止填充墻和混

5、凝土構(gòu)件開裂破壞。這條規(guī)定針對的對象是結(jié)構(gòu)整體，而非構(gòu)件，車輛段檢查坑內(nèi)支墩混凝土柱套用這條規(guī)定，可能會存在問題，本文為此進行初步分析與探討。下圖為高規(guī)對結(jié)構(gòu)變形規(guī)定限值： 2對于框架結(jié)構(gòu)，在側(cè)向力作用情況下，框架梁柱的變形主要是剪切變形，剪力墻的變形主要是彎曲變形，框架剪力墻變形介于上述兩者之間。 框架結(jié)構(gòu)剪切變形 剪力墻結(jié)構(gòu)彎曲變形 框架結(jié)構(gòu)框架柱變形中存在一個反彎點，彎矩在該層框架柱反彎點處為零；而剪力墻類似于豎向的一個懸臂構(gòu)件，屬于彎曲變形。上述變形圖針對的是整體結(jié)構(gòu)，對于單獨構(gòu)件而言可以簡化成下面受力簡圖。 剪切模式受力簡圖1 彎曲模式受力簡圖2 3分析混凝土獨立柱在兩種簡圖模式下的

6、效應(yīng)： 由于車輛及檢修要求限制，假設(shè)混凝土支墩截面尺寸200x300mm 對混凝土獨立柱進行受力分析，兩種簡圖模式下柱頂?shù)膫?cè)向位移為10mm。 從計算結(jié)果可知，當考慮混凝土的脆性，在混凝土構(gòu)件變形過大時，結(jié)果的差別非常大，彎矩及柱底剪力會相差一倍。說明在變形過大時，實際上混凝土構(gòu)件已經(jīng)損傷了，剛度降低，內(nèi)力也會產(chǎn)生變化。這一現(xiàn)象在2010版建筑抗震設(shè)計規(guī)范有明確要求，明確在混凝土構(gòu)件變形過大時，要考慮截面剛度的折減。 混凝土獨立柱轉(zhuǎn)角-彎矩曲線（考慮混凝土脆性在橫坐標0.00025之前，兩條曲線的斜率相同，說明此時混凝土柱截面處于彈性階段，在0.00025之后，曲線出現(xiàn)拐點，斜率降低，說明混凝

7、土柱出現(xiàn)脆性，剛度降低。 當柱頂位移都在10mm時，簡圖1的轉(zhuǎn)角可以達到0.002，而簡圖2的轉(zhuǎn)角僅達到0.001，說明剪切變形混凝土柱的變形性能要比彎曲變形更大。 混凝土柱受力工況下裂縫開展情況： 簡圖1 簡圖2 兩種簡圖在柱頂側(cè)向位移均為3.4mm時，裂縫分布的形態(tài)是不同的。 左側(cè)圖的裂縫主要集中在柱底左側(cè)和柱頂右側(cè)區(qū)域，由于柱身存在反彎點，在柱端處彎矩的變化率大，因此裂縫主要集中在柱端，并且裂縫開展的也比較大。 右側(cè)圖彎矩變化率沿整個柱身變化很小，因此裂縫沿柱受拉區(qū)分布開展的比較均勻，呈水平狀微小裂縫。 4側(cè)向位移限值的探討： 該地鐵運用庫混凝土支墩結(jié)構(gòu)的受力情況，比較接近于簡圖2，雖然

8、柱頂處存在f型導軌的連接，但f型導軌的抗彎剛度過于弱，近似不考慮它的有利作用。 對支墩側(cè)向位移的限制，有三種看法： 如果將混凝土立柱視為豎向的懸臂構(gòu)件，可以采用懸臂梁的梁端撓度限值來限制柱頂?shù)膫?cè)向位移。但混凝土設(shè)計規(guī)范對懸臂構(gòu)件的要求是采用撓度和裂縫進行“雙控”，這樣一般能夠保證截面高度和受拉區(qū)鋼筋的配置不會過少。如果僅采用撓度一項限值來控制，會產(chǎn)生問題。 將混凝土支墩視作懸臂構(gòu)件也存在兩點疑慮，支墩配筋形式主要還是按照柱配筋構(gòu)造進行配置，而非按照梁的配筋構(gòu)造；當出現(xiàn)制動情況時，列車自重是作用在支墩上的，所以支墩其實是壓彎構(gòu)件而非純彎構(gòu)件。 將混凝土支墩視為結(jié)構(gòu)中的立柱，套用前面層間位移角的限

9、值來限制支墩的側(cè)向位移?；炷猎O(shè)計規(guī)范對結(jié)構(gòu)立柱主要是提出了層間位移角的控制，這個控制限值要比懸臂梁的控制限值嚴格，即“單控”。目的是通過加大控制限值省去其他額外計算來簡化并確保柱的截面和配筋量不至于過少。 通過前面的計算可以發(fā)現(xiàn)，簡圖1是多次超靜定結(jié)構(gòu)，而簡圖2是靜定結(jié)構(gòu)，簡圖1的塑性發(fā)展區(qū)域主要集中在柱端，而且又是超靜定結(jié)構(gòu)，其變形能力要強于簡圖2，后者的塑性發(fā)展區(qū)域分布的比較廣。所以規(guī)范對于框架結(jié)構(gòu)的層間位移角要求是比剪力墻結(jié)構(gòu)的要求適當放寬的。 從上面分析來類比，混凝土支墩的柱頂側(cè)向位移限值是應(yīng)該滿足簡圖2的層間位移角要求即1/1000，這個限值可能過于嚴格，經(jīng)本文分析認為至少要滿足1

10、/550，盡量能達到1/800為宜。 由于有地鐵列車荷載，我們還對比分析了鐵路橋涵基本設(shè)計規(guī)范墩頂?shù)膫?cè)移限值。鐵路橋涵針對的是大尺度橋墩進行規(guī)定，對于小尺度支墩而言并不合適，故未按鐵路橋涵基本設(shè)計規(guī)范要求進行計算。 作者簡介：王春麗（1963-），女，高級工程師，國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，城交分院副總工程師；井司南（1984-），男，工程師。 參考文獻： 1.release 10.0 documentation for ansys, 2007 2.w. f. chen, plasticity in reinforced concrete, 1982 3.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（jgj3-2010）中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部,2011 4.地鐵設(shè)計規(guī)范(gb50157-2003).中華人民共和國建設(shè)部,2003 5.david g.luenberger etc, linear and nonlinear programming, third edition, springer, 2007 6. (美)陳惠發(fā)，彈性與塑性力學. 中國建筑工業(yè)出版社，2004 7.