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摘要:根据增量法原理,采用sap2000程序建立盖挖逆作法车站每一个施工工况的荷载-结构模型,以侧墙弯矩为例分析增量法的应用,供大家在以后设计过程中参考。
关健词: 盖挖逆作;增量法; 荷载-结构模型。
一、增量法
目前在地铁车站结构设计中考虑结构施工过程的分析方法主要有总量法和增量法。总量法可以直接求得當前施工阶段完成后的内力及位移,而增量法是基于结构施工过程中的特性:在前一施工工况结构完成变形处于稳定状态后,后一施工工况增加的构件与原结构组成新的结构共同作用,仅承受新增加的荷载,每个施工工况结构模型可计算出相对于前一施工工况在增量荷载作用下产生的结构内力和位移,构件的最终内力是从第一工况到所有荷载量结构模型计算出来内力的叠加值。
二、工程实例
(一)、工程概况
以地铁一个车站为例 ,车站所处地段路面宽道路宽度25m,交通繁忙,车站周边建筑物、管线众多,且建筑多为天然基础房屋。该站为地下2层岛式车站,有效站台宽度10.4m。车站总长298m,顶板覆土2.5~3m,车站标准段宽19.0m。
工法选择是本站最大难点,若采用明挖法施工,需封闭道路,由于道路宽度25m,为区域交通的重要干道,对附近居民影响大,必须通过区域交通进行疏解,增大周边交通压力,且疏解难度较大。综合考虑交通、周边建筑、工期、风险、投资等因素,采用盖挖逆作法,分南、北两期进行围蔽施工。各层板作为支撑体系,浇筑完主体南侧顶板并回填覆土,可确保道路双向两车道的通行能力,满足周边居民出行要求,浇筑完主体北侧顶板并回填覆土,解决了车站施工场地的问题,通过顶板和中板预留出土口,解决基坑开挖出土问题。
(二)、计算方法
车站结构按作用在弹性地基上的平面结构进行内力分析,采用荷载-结构模型,取纵向1米计算,将结构覆土换算成上覆土荷载和侧土压力,施加在结构上进行结构内力计算;当结构处于地下水位以下时,采用水土分算。根据增量法原理,采用sap2000程序建立车站每一个施工工况的荷载-结构模型。
(三)、结构计算
根据车站施工工序,按6个工况进行分析:工况1一侧开挖土方至顶板底——工况2浇筑一侧顶板,回填覆土——工况3另一侧开挖土方至顶板底——工况4浇筑顶板,回填覆土,开挖基坑至中板底——工况5浇筑中板,开挖至基坑底——工况6浇筑底板,停止坑内降水,站厅层隔墙施工、装修完成。考虑到结构计算项目众多,本文取侧墙弯矩进行分析增量过程。
左侧侧墙弯矩包络图中,系列1为工况1弯矩,系列2为工况1+ 2弯矩,系列3为工况1+ 2+4,系列4为工况1+2+4+5,系列5为工况1+2+4+5+6。右侧侧墙弯矩包络图中,系列1为工况3弯矩,系列2为工况3+ 4弯矩,系列3为工况3+ 4+5,系列4为工况3+4+5+6。
由于需要求得结构构件在施工过程与使用阶段出现的最大内力值,所以将施工到每一工况时结构总的内力形成内力包络图进行比较,然后取构件各种荷载效应组合最大内力值对结构的承载能力极限状态和正常使用极限状态进行验算,从而计算出构件的配筋值。
与总量法计算的弯矩图类比:侧墙在支座处弯矩总量法计算略大,在跨中弯矩增量法计算略大。结合两种计算方法取不利值进行构件设计,既满足施工阶段的受力,也满足结构使用阶段的受力要求。
综上所述,地下盖挖逆作法的车站采用增量法进行计算,考虑了各工况墙体在支撑点处的先期位移,与实际“先变形后加载”的状态一致,比起总量法计算,更符合实际。
关健词: 盖挖逆作;增量法; 荷载-结构模型。
一、增量法
目前在地铁车站结构设计中考虑结构施工过程的分析方法主要有总量法和增量法。总量法可以直接求得當前施工阶段完成后的内力及位移,而增量法是基于结构施工过程中的特性:在前一施工工况结构完成变形处于稳定状态后,后一施工工况增加的构件与原结构组成新的结构共同作用,仅承受新增加的荷载,每个施工工况结构模型可计算出相对于前一施工工况在增量荷载作用下产生的结构内力和位移,构件的最终内力是从第一工况到所有荷载量结构模型计算出来内力的叠加值。
二、工程实例
(一)、工程概况
以地铁一个车站为例 ,车站所处地段路面宽道路宽度25m,交通繁忙,车站周边建筑物、管线众多,且建筑多为天然基础房屋。该站为地下2层岛式车站,有效站台宽度10.4m。车站总长298m,顶板覆土2.5~3m,车站标准段宽19.0m。
工法选择是本站最大难点,若采用明挖法施工,需封闭道路,由于道路宽度25m,为区域交通的重要干道,对附近居民影响大,必须通过区域交通进行疏解,增大周边交通压力,且疏解难度较大。综合考虑交通、周边建筑、工期、风险、投资等因素,采用盖挖逆作法,分南、北两期进行围蔽施工。各层板作为支撑体系,浇筑完主体南侧顶板并回填覆土,可确保道路双向两车道的通行能力,满足周边居民出行要求,浇筑完主体北侧顶板并回填覆土,解决了车站施工场地的问题,通过顶板和中板预留出土口,解决基坑开挖出土问题。
(二)、计算方法
车站结构按作用在弹性地基上的平面结构进行内力分析,采用荷载-结构模型,取纵向1米计算,将结构覆土换算成上覆土荷载和侧土压力,施加在结构上进行结构内力计算;当结构处于地下水位以下时,采用水土分算。根据增量法原理,采用sap2000程序建立车站每一个施工工况的荷载-结构模型。
(三)、结构计算
根据车站施工工序,按6个工况进行分析:工况1一侧开挖土方至顶板底——工况2浇筑一侧顶板,回填覆土——工况3另一侧开挖土方至顶板底——工况4浇筑顶板,回填覆土,开挖基坑至中板底——工况5浇筑中板,开挖至基坑底——工况6浇筑底板,停止坑内降水,站厅层隔墙施工、装修完成。考虑到结构计算项目众多,本文取侧墙弯矩进行分析增量过程。
左侧侧墙弯矩包络图中,系列1为工况1弯矩,系列2为工况1+ 2弯矩,系列3为工况1+ 2+4,系列4为工况1+2+4+5,系列5为工况1+2+4+5+6。右侧侧墙弯矩包络图中,系列1为工况3弯矩,系列2为工况3+ 4弯矩,系列3为工况3+ 4+5,系列4为工况3+4+5+6。
由于需要求得结构构件在施工过程与使用阶段出现的最大内力值,所以将施工到每一工况时结构总的内力形成内力包络图进行比较,然后取构件各种荷载效应组合最大内力值对结构的承载能力极限状态和正常使用极限状态进行验算,从而计算出构件的配筋值。
与总量法计算的弯矩图类比:侧墙在支座处弯矩总量法计算略大,在跨中弯矩增量法计算略大。结合两种计算方法取不利值进行构件设计,既满足施工阶段的受力,也满足结构使用阶段的受力要求。
综上所述,地下盖挖逆作法的车站采用增量法进行计算,考虑了各工况墙体在支撑点处的先期位移,与实际“先变形后加载”的状态一致,比起总量法计算,更符合实际。