基于MIDAS的不规则地铁车站结构受力分析

2021-07-10祝曦晨

智能城市 2021年11期

祝曦晨

（广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广东广州 510000）

为了适应地铁功能多样化的需求及城市地下空间的限制，地铁车站的结构形式逐渐突破常规化设计，逐渐向不规则方向发展。某些车站附属结构因需与车站主体在结构上连为一体，计算时无法将车站附属结构与车站主体结构分开单独计算，需要作为一个整体进行计算。

1 工程实例

某实际工程地铁车站主体为地下两层单柱双跨结构，单跨9.7 m，地下一层结构高度为5.85 m，地下二层结构高度为7.0 m，顶、底板厚度均为1.0 m，中板厚度为0.4 m，侧墙厚度为0.7 m。车站附属为地下单层单跨框架结构，跨度为8.6 m，与车站主体结构相连，且未设置变形缝，顶、底板厚度均为0.8 m，侧墙厚度为0.6 m。顶板覆土均为5.56 m。

工程地铁车站主体结构如图1所示。

图1 工程地铁车站主体结构（单位：m）

车站所处地层为黏性土层，天然重度为18.5 kN/m3，土层静止侧压力系数为0.45，垂直基床系数为30 MPa/m，顶板回填土天然重度取20 kN/m3，地下水容重取10 kN/m，地面超载取20 kN/m。

2 计算模型及结果

地铁车站按照框架结构进行受力计算，模型施加的荷载主要包括水、土荷载、超载[1]。通过抗浮验算，利用围护结构满足规范抗浮要求，对模型竖向位移进行约束，土层对结构的反力采用受压弹簧模拟[2]。荷载组合按照规范取值，模型中分别按照高水位、低水位两种工况进行计算，MIDAS框架模型以1 m长度进行单元划分。

（1）考虑车站主体结构情况下两种工况内力计算结果，高水位工况结构准永久组合弯矩如图2所示，低水位工况结构准永久组合弯矩如图3所示。

图2 高水位工况结构准永久组合弯矩

图3 低水位工况结构准永久组合弯矩

（2）不考虑车站主体结构情况下两种工况内力计算结果。高水位工况结构准永久组合弯矩如图4所示，低水位工况结构准永久组合弯矩如图5所示。

图4 高水位工况结构准永久组合弯矩

图5 低水位工况结构准永久组合弯矩

3 计算结果分析

（1）高水位工况。

高水位工况两种模型准永久组合弯矩值、高水位工况两种模型准永久组合剪力值比较如表1所示。

表1 高水位弯矩值、剪力值单位：kN·m

在高水位工况下，考虑车站主体结构时，主体与附属结构顶、底板连接处的计算弯矩较大。不考虑车站主体结构时，在同样的荷载条件下，主体与附属结构顶、底板连接处计算的弯矩值较小。顶、底板左支座、跨中弯矩计算值比考虑车站主体结构计算的弯矩值明显偏大，尤其是顶板跨中弯矩增加幅度较大。在同样的荷载条件下，两种模型剪力计算值有差异，但差异不大。

（2）低水位工况。

低水位工况两种模型准永久组合弯矩值、低水位工况两种模型准永久组合剪力值比较如表2所示。

表2 低水位弯矩值、剪力值比单位：kN·m

在低水位工况下，考虑车站主体结构时，主体与附属结构顶、底板连接处的计算弯矩较大。不考虑车站主体结构时，在同样的荷载条件下，主体与附属结构顶、底板连接处计算的弯矩值较小。

顶板左支座、跨中弯矩计算值比考虑车站主体结构计算的弯矩值明显偏大，底板跨中弯矩反而偏小。在同样的荷载条件下，两种模型剪力计算值有差异，但总体差异不大。

由表1、表2可知，在高水位、低水位工况下施工时，在考虑车站主体结构过程中，顶、底板弯矩最大值均发生在主体与附属结构连接处，附属结构顶板左支座、跨中弯矩值均小于底板左支座、跨中弯矩值。在不考虑车站主体结构时，顶、底板弯矩最大值均发生在跨中处，附属结构顶板左支座、跨中弯矩值均大于底板左支座、跨中弯矩值。

高水位、低水位工况下，针对同样的荷载条件，两种模型剪力计算值存在差异，但总体差异不大。