装配式地铁车站结构接头混凝土裂缝及接缝变形规律试验研究

地铁车站采用预制装配结构具有"缩短工期、提高施工效率及改善工程质量"的优势,目前国内针对明挖车站正在开展预制装配结构的试验。接头是预制装配式地铁车站结构薄弱部位,其力学性能在很大程度上制约结构整体的变形和承载能力。本文以地铁车站预制装配结构的接头为研究对象,对其力学性能进行足尺荷载试验研究,通过试验研究接头在荷载作用下的接头部位混凝土表面裂缝及接缝变形演变规律。试验成果对明挖地铁装配式结构接头构造设计及结构计算具有重要应用价值。     

装配式预应力预制空心楼板承载性能实验研究

装配式建筑是我国主要发展战略目标之一。对装配式预应力预制空心楼板承载性能进行试验研究,分析不同预应力对楼板破坏模式、承载能力、荷载-位移曲线和裂缝发展的影响。随着预应力的增加,楼板承载力和开裂荷载提高,破坏模式由大变形转变为端部混凝土剪压破坏。研究成果可为实际工程提供理论依据。     

装配式拱形与矩形地铁车站受力性能对比分析

为分析拱形与矩形2种结构形式的地铁车站受力性能,采用MIDAS FEA建立地铁车站有限元模型,分析各种荷载共同作用下2种结构的应力与变形情况。结果表明,相同荷载作用下拱形结构应力与变形更小,具有更好的受力性能。此外,对比了2种结构形式构件的预制、吊装、拼接难度及建筑装饰效果。     

地铁车站预制装配式结构注浆式单榫#br# 长接头抗弯承载性能试验研究

文章通过开展接头关键受力方向1:1原型加载试验,对不同工况下的单榫长接头承载性能和破坏模式进行研究,剖析M-θ曲线特征、裂缝发展规律、混凝土表面及钢筋应力测试结果,提出单榫长接头M-θ曲线的4拐点4阶段发展特征,得出各阶段承载能力占比规律,并明确接头的破坏形态。同时对不同注浆范围、不同注浆材料、不同荷载作用条件下单榫长接头的抗弯承载表现进行对比研究,揭示其承载能力特性,且进一步验证实际工程所选用的注浆式单榫长接头的安全性及承载优势。研究成果对地铁车站预制装配式结构的设计具有重要应用价值。     

地铁车站预制装配式结构注浆式单榫长接头抗弯承载性能试验研究

文章通过开展接头关键受力方向1:1原型加载试验,对不同工况下的单榫长接头承载性能和破坏模式进行研究,剖析M-θ曲线特征、裂缝发展规律、混凝土表面及钢筋应力测试结果,提出单榫长接头M-θ曲线的4拐点4阶段发展特征,得出各阶段承载能力占比规律,并明确接头的破坏形态。同时对不同注浆范围、不同注浆材料、不同荷载作用条件下单榫长接头的抗弯承载表现进行对比研究,揭示其承载能力特性,且进一步验证实际工程所选用的注浆式单榫长接头的安全性及承载优势。研究成果对地铁车站预制装配式结构的设计具有重要应用价值。     

新型装配式半刚性节点抗震性能试验研究

提出一种新型装配式半钢性节点,通过高强螺栓将预制梁柱贯通连接,旨在通过更换螺栓构件来完成震后受损节点的修复工作。通过制作节点足尺构件,对其施加低周反复荷载,分析其承载能力及耗能性能。运用有限元分析软件建立节点数值模型,分析其在低周反复荷载作用下节点核心区应力分布情况及承载能力。试验结果与已有现浇节点和数值模拟结果对比可知：新型装配式节点破坏主要集中于节点核心区,T形梁端承压板附近开裂严重,远离T形梁端无明显裂缝,预制柱端、牛腿部位均完好,满足“强柱弱梁”的设计要求;新型装配式节点在低周反复荷载下,其屈服荷载及极限荷载较现浇节点明显提高,其整体承载能力提升,耗能性能优良;模拟结果显示,节点在服役期间,高强螺栓为主要的承载构件,混凝土预制梁柱为次要承载构件,符合该新型节点的设计理念。     

某地铁车站开洞梁承载性能试验及数值分析研究

梁腹开洞式梁结构作为一种地面建筑较为常用的结构形式,在地铁车站中并无应用的先例。某地铁车站内部分管线拟在顶板横梁所开的孔洞内通过,为满足该地铁管线的穿孔要求,顶板横梁梁腹开洞尺寸需突破构造要求,而顶板横梁开洞后承载性能的优劣将影响车站的安全。基于此背景,依靠广州地区某预装配式地铁车站相关构件研究,以地铁车站梁腹开洞顶板横梁为研究对象,开展了探究承载能力极限的缩尺模型试验及数值模拟分析。试验结果表明:构件在加载过程中展现出良好的延性破坏行为,孔洞处未成为薄弱部位而提前破坏。合理地配置孔洞周边补强钢筋有利于改善开洞横梁的承载性能,研究结论可为相关工程设计、施工提供指导。     

低周反复荷载下预制装配式竖缝剪力墙抗震性能研究

为研究预制装配式竖缝剪力墙的抗震性能,利用低周反复荷载试验对预制装配式竖缝剪力墙进行了研究,得到试件的滞回曲线。分析了预制装配式竖缝剪力墙的破坏形态、裂缝行为、荷载-位移关系、裂荷载、抗剪承载力以及变形特性的发展规律。综合考察该装配式剪力墙结构的破坏模式和变形能力。试验结果表明:预制装配式竖缝剪力墙在水平地震作用下的破坏模式属于延性破坏,耗能性能较好;竖缝墙由缝间墙受弯破坏终发展成贯通各墙肢竖缝根部的剪切破坏;剪力墙与基础梁间的钢板连接件未发生破坏,能提供有效连接。     

地下车站结构抗震分析

为了研究地下车站结构的抗震性能,以哈尔滨地铁文化宫站为例,选取主体结构标准断面建立有限元模型,并进行静力作用下结构内力计算,分别采用反应位移法和时程分析法两种方法对车站结构进行抗震效应计算,最后将计算结果进行了对比,结果表明:与静力荷载产生的内力相比,地震荷载产生的内力不能忽略,并且在地震作用下,结构顶板、底板中部,两侧墙与板交接处应力和变形较大,容易发生破坏。     

震后火作用下装配式地铁车站抗火性能分析

摘 要：预制装配化是地铁车站建设的一个重要发展方向,其震后火性能研究目前还相对较少。本文建立单层双跨装配式地铁车站三维有限元模型,采用远置边界和HC标准升温曲线,考虑火源位置不同,分别对地震、火灾以及罕遇地震后火灾3种工况下的地铁车站进行变形对比分析。研究结果表明：地震作用下地铁车站呈“M”形破坏,火灾作用下和震后火作用下地铁车站中柱产生弯曲变形;火灾作用下,与顶板和侧墙相比,中柱升温最快,单跨受火时,中柱柱顶与柱底相对位移迅速增大,随后趋向稳定,全跨受火时,中柱变形初始发展较慢,随后突然增大;顶板在单独火灾下与震后火两种工况下的挠度发展趋势相近,侧墙两种工况下变形初始发展相似;单独火灾下与震后火下构件内力反应发展规律相似,考虑地震损伤后,各构件内力变化更明显。     

A study on bearing characteristic and failure mechanism of thin-walled structure of a prefabricated subway station

In order to study the bearing performance of a new type of prefabricated subway station structure (PSSS), firstly, a three-dimensional finite element model of the PSSS was established to study the nonlinear mechanics and deformation performance. Secondly, the bearing mechanism of a PSSS was investigated in detail. Finally, the development law of damages to a thin-walled prefabricated component and the failure evolution mechanism of a PSSS were discussed. The results showed that this new type of the PSSS had good bearing capacity. The top arch structure was a three-hinged arch bearing system, and the enclosure structure and the substructure were respectively used as the horizontal and vertical support systems of the three-hinged arch structure to ensure the integrity and stability of the overall structure. Moreover, the tongue-and-groove joints could effectively transmit the internal force between the components and keep the components deformed in harmony. The rigidity degradation of the PSSS caused by the accumulation of damages to the spandrel, hance, arch foot, and enclosure structure was the main reason of its loss of bearing capacity. The existing thin-walled components design had significant advantages in weight reduction, concrete temperature control, components hoisting, transportation and assembly construction, which achieved a good balance between safety, usability and economy.     

装配整体式地铁车站纵断面方向梁板柱中节点抗震性能研究

结合北京某装配整体式地铁车站纵向梁板柱中节点的构造形式,设计制作了1个足尺预制拼装梁板柱中节点和1个作为对比的现浇整体梁板柱中节点试件。采用低周循环加载试验研究了两者的破坏形态、滞回特性、承载力、变形能力以及节点核心区的受力模式等。结果表明：预制拼装梁板柱中节点试件和现浇整体梁板柱中节点试件的变形能力基本相当;预制拼装梁板柱中节点试件的加载刚度明显高于现浇整体梁板柱中节点试件的,且位移延性系数约为现浇整体梁板柱中节点试件的1.65倍;预制拼装节点的拼装缝提高了其变形能力,但两者的破坏形态明显不同;现浇整体梁板柱中节点试件的裂缝密集均匀,主要分布在梁端、板端及节点核心区,而预制拼装梁板柱中节点试件的裂缝分布较为集中,主要分布在预制构件搭接拼装位置,尤其是叠合板结合面出现了劈裂破坏;梁端牛腿增加了节点核心区抗剪面积,提高了构件整体承载力;节点核心区受剪面积的增加以及梁端拼接缝的存在对“强节点弱构件”的抗震概念设计原则较为有利。     

大开地铁车站地震破坏模拟与机理分析

1995年日本阪神地震中塌毁的大开地铁车站震害事例引起了人们对地下结构抗震问题前所未有的关注和重视。针对这一震害事例,国内外已开展了大量的理论、数值和试验研究工作,对震害机理和破坏模式等进行了深入、系统的解析,但迄今并未形成一种系统性的共识。基于大开地铁车站三维非线性数值分析模型,采用时域显式整体分析方法,从围岩土体对浅埋地下结构的两种地震作用效应、组成结构构件不同的受力功能,以及关键构件的力学性能与体系受力分配改变导致的侧墙、中柱变形能力不协调等方面,系统阐述了大开地铁车站的地震破坏机理和失效模式,并提出了抗震关键支撑柱概念。     

大理岩孔道试样的强度及变形特性的试验研究

利用中晶和细晶两种大理岩的不同内径孔道大理岩试样,在内孔压力为0时进行常规三轴压缩试验,分析试样内非均匀应力分布对试样承载能力和变形特性的影响。孔道试样的变形特征在轴向变形较小时与完整试样大致相同;在变形较大时孔壁附近材料因最小主应力较低而破坏,承载能力逐步下降。以线弹性力学分析孔道试样的应力状态,假设试样内材料同时达到承载极限,Coulomb准则给出的试样强度是一个偏低的估计,而不是偏高的估计。围压和轴向载荷在给定倾角剪切滑移面上的正压力和剪切力由整体力平衡确定,与孔道存在与否没有关系,孔道只是造成应力分布的不均匀,使试样的承载面积减小,引起围压对强度的贡献增加;另一方面,试样内部的破坏是逐步发生的,达到峰值承载能力时试样由黏结力构成的承载能力随围压、孔径的增大而减小。这两种不同趋势的变化决定孔道试样的强度特征。孔道对试样变形破坏的影响随大理岩结构特征而不同。     

叠合整体式混凝土剪力墙轴心受压性能研究

通过对1个现浇和7个叠合整体式混凝土剪力墙足尺试件的轴心受压试验,考察了其在轴心荷载作用下的受力性能、破坏模态和承载力,分析高厚比、预制部分截面面积占全截面面积比例（预制率）和预制薄板板肋方向等因素对剪力墙试件轴心受压性能的影响。结果表明,叠合整体式混凝土剪力墙破坏模态分为叠合面开裂破坏和轴心受压破坏两种：叠合面开裂破坏前,有明显的开裂现象,破坏过程平缓,试件承载力较低;轴心受压破坏前,试件表面无明显的裂缝产生,破坏过程突然,承载力较高。墙体高厚比对试件的承载力影响不明显;预制率越高,压缩刚度越大,墙体竖向变形越小;预制薄板板肋对叠合墙受压性能影响较小。针对叠合整体式混凝土剪力墙轴心受压破坏模态,总结中、美两国规范及已有研究中的轴心受压构件承载力计算公式,给出了叠合整体式混凝土剪力墙的轴心受压承载力简化计算式,其计算值与试验值吻合较好。     

分体柱在地下车站结构中的减震效果研究

已有研究表明,对于浅埋框架式地下结构,高轴压下中柱水平变形能力不足是导致地震破坏的关键因素。分体柱在承载能力与整体柱相当的情况下,具有更好的变形和耗能能力而广泛应用于地上结构,探讨了分体柱在地下结构抗震领域中的应用可行性。基于ABAQUS有限元平台,建立土–地下结构整体三维数值分析模型,通过Pushover和动力时程分析方法对比研究了采用分体柱的新型地下车站结构与原型车站结构的抗震性能,分析了分体柱的减震效果。研究结果表明,采用分体柱的新型地下车站结构中柱的层间位移地震响应有所增大,但相对于中柱变形能力的提升,其影响程度并不显著;分体柱替换现浇整体柱,会使得结构截面内力重分布,中柱所承担的剪力大幅减小,侧墙的剪力变化不明显。总体上,采用分体柱的新型地下车站结构显著改善了在高轴压比下中柱和侧墙变形不协调的问题,能够有效提升其抗震性能。     

大剪跨比预制空心板剪力墙抗震性能试验研究#br#

预制空心板剪力墙结构是一种新型装配式剪力墙结构。为研究预制空心板剪力墙的抗震性能、同层相邻预制空心板的整体性、采用水平插筋间接搭接连接的水平钢筋的抗剪作用、灌孔边缘构件的有效性,完成了6个轴压比设计值为0.3、剪跨比为1.61~2.42、压弯破坏为主的空心板剪力墙试件的拟静力试验。试验结果表明：试件的破坏形态均为压弯破坏,实现了预期的强剪弱弯设计目标,水平钢筋能有效抵抗水平剪力;试件的水平力-位移滞回曲线比较饱满,极限位移角为1/72~1/38,可按现浇剪力墙计算偏心受压空心板剪力墙的受压承载力;同层相邻空心板之间竖向接缝的开裂宽度小,接缝两侧构件竖向错动小,斜裂缝在竖向接缝处连续,直接拼接连接、后浇竖向拼缝连接都能使空心板成为整体;采用灌孔边缘构件的空心板剪力墙,其抗震性能满足现行规范要求。     

装配式斜支撑钢框架承载力性能试验研究

新型工业化装配式斜支撑钢框架由钢桁架梁、钢立柱、钢斜支撑等构件所组成,该框架的桁架梁和斜支撑不同于传统框架,其传力路径、受力性能、破坏机理未经考证。通过对单榀单跨斜支撑钢框架进行静力试验及有限元模拟分析,旨在研究分析其水平荷载极限承载能力、变形特性、破坏机理及延性性能。试验及分析结果表明:装配式斜支撑钢框架承受水平荷载能力较强,斜支撑将水平荷载传递到桁架梁中部的耗能梁段,传力路径明确合理,破坏位置发生在桁架梁中部腹杆,且破坏时框架柱处于弹性工作状态,满足"强节点,弱构件"及"强柱弱梁"的建筑结构设计要求。     

装配式RC梁柱塑性可控钢质节点抗震性能足尺试验研究

装配式RC梁柱塑性可控钢质节点由钢制节点模块、上下柱模块、梁模块以及阻尼器模块装配组成。通过对该装配式节点及现浇节点进行拟静力加载足尺试验，并采用ABAQUS软件进行有限元数值模拟，研究装配式节点承载力、滞回耗能、延性以及承载力退化等抗震性能指标。试验及有限元模拟结果表明：相较于现浇节点，装配式RC梁柱塑性可控钢质节点的滞回曲线更饱满，耗能能力更强，延性更好，承载能力退化更缓慢；该装配式节点的极限承载力低于现浇节点，但能有效控制混凝土损伤，避免梁端混凝土发生弯曲破坏，实现梁端“塑性可控”；建立的有限元模型可较准确地预测同种装配式节点的承载能力和变形能力。     

内侧钢筋不连接的预制空心桥墩设计

采用空心的预制桥墩能够减轻预制结构重量。以某示范工程为例,提出不制作实体连接段、且内侧钢筋不连接的预制空心桥墩方案。制作7组试验模型,开展试验分析。结果表明,空心墩柱破坏承载能力和开裂弯矩与现浇实心墩较为接近,并且现有规范公式可用于墩柱的设计。以试验结果为依据,提出设计思路,开展示范工程预制空心桥墩方案设计。