装配式地铁车站站台板力学性能研究_苏江川.pdf

年第 期总第 期福 建 建 筑 装配式地铁车站站台板力学性能研究苏江川（福州地铁集团有限公司 福建福州）摘 要：采用足尺试验与有限元模拟，对装配式地铁车站站台板进行研究，验证站台板承载力及连接节点的可靠性。结果表明：试验荷载（设计荷载）作用下混凝土开裂，板底出现 条裂纹，最大裂缝宽.，超过.；超高性能混凝土（）肋板比普通混凝土板挠度减小.，降幅.；普通混凝土板最大应力为.，位于站台板跨中边缘处，肋板所受荷载主要由顶板下部肋梁承担，最大应力位于肋梁端部与牛腿接触面，为.；肋板式 站台板支座中螺栓变形、应力均小于平板式普通混凝土站台。关键词：地铁车站；装配式；站台板；足尺试验中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：.，（），.，.，（）.，.，.，.：；作者简介：苏江川（），男，高级工程师。：收稿日期：引言在传统的施工工艺中，地铁车站站台板一般采用现浇钢筋混凝土板柱平台结构，需要在车站架设模板并浇筑立柱以及平台，在施工现场投入较多的人力、物力进行施工，且施工效率低、施工周期长、施工环境差、现场粉尘污染大等弊端。车站站台板的研究大部分集中于现浇工艺、通风照明以及火灾防护等方面，装配式研究较少，现有预制构件存在结构功能不足，重量大、承载力差等问题，对装配式站台板的力学性能、连接节点性能的研究明显不足。预制拼装的地铁车站站台中，采用的构件大多是预制构件，可以快速铺装，大大减少现场作业，避免了大量混凝土的运输；同时也避免了现场浇筑，减少了施工污染、噪音，具有较好的施工适应性。本文提出一种新型装配式站台，通过平板式普通混凝土站台板八分点足尺承载力试验验证连接节点可靠性，有限元对比分析平板式普通混凝土站台板与肋板式超高性能混凝土（）站台板在实际荷载作用下，预制构件以及连接节点的力学性能，为工程应用提供参考。预制装配式站台设计一种装配式地铁车站站台，包括预制站台板、预制门式构件和承托构件。预制站台板两端分别架设在预制门式构件和承托构件上，预制门式构件和承托构件间隔固定在车站底板，站台板布置如图 所示。预制门式构件和预制承托架的预埋连接件，包括锚头、预埋螺栓，预留与固定螺母匹配的预留孔，固定螺母在预留孔内与预埋螺栓连接后再与预制站台板粘接固定。站台板吊装就位后，先在预留孔内，将固定螺母与预埋螺栓连接，再将螺母与预留孔通过砂浆粘接固定，如图 所示。年 期 总第 期苏江川装配式地铁车站站台板力学性能研究 在车站底板上端面对应承托架设预埋钢板，预埋钢板与车站底板内的锚筋焊接固定，并与承托架之间设置多规格调标高垫板保证站台板标高准确性。承托架下端两侧设角钢，角钢的一边与预埋钢板焊接固定，另一边与承托架相贴合，每隔 设置一组角钢对承托架限位，如图 所示。图 站台板布置示意图图 站台板与承托架节点连接示意图图 底板与支撑架连接图 足尺实验.构件尺寸预制站台板长，宽，高，支座间距（跨度）；预制门式构件长 、宽、高 。门式构件与站台板通过螺栓连接，连接处采用 类水泥基灌浆料填充。混凝土强度等级。.试验加载设计荷载 为。油压千斤顶按八分点集中力分级加载，先按 分级加荷，接近 时，按 间隔分级加载，每级持荷 ，直至加到，持荷 。若构件未开裂，或裂缝未达.（结构设计要求），则继续按 间隔分级加荷，每级持荷 ，直至 。具体实验图如图 所示，其裂缝展开如图 所示。图 实验加载示意图图 裂缝展开示意图.试验结果及分析加载至 时混凝土开裂，板底出现 条裂 福 建 建 筑 年纹，最大裂缝宽.，超过.；站台板跨中挠度.，端部与站台板连接处的螺栓应力为 。可知，连接节点的螺栓在站台板裂缝超过.时，拉应力小于钢筋抗拉强度，节点未破坏，站台板达到正常使用状态时的承载能力为设计荷载的.倍，挠度变形及裂缝宽度符合安全使用要求。有限元建模平板式普通混凝土肋板结构虽然满足设计功能，但自重过大不利于构件吊装，构件容易开裂，受载后可能会加速站台板破坏。将 肋板结构应用于预制站台板，通过有限元对比，分析平板式普通混凝土站台板与肋板式 站台板在实际荷载作用下各组成部分的力学性能，并对节点力学性能进行研究。（）模型尺寸按照实体试验构件尺寸建立普通混凝土站台板，板厚 ，对站台板与承托构件节点连接精细化模拟，肋板式 站台板几何模型顶板厚 ，设置 根肋梁，肋梁高 ，宽 ，节点连接形式如图 所示。（）荷载布置站台所受荷载为 ，钢筋混凝土与 自重均取 ，以面压力的形式施加至相应位置。图 肋板式 站台板模型及连接节点模型 有限元结果分析.站台板变形及应力分布普通混凝土预制板与 预制板竖向变形规律相似，沿站台板跨中水平轴基本呈对称分布，由站台板中部向两侧逐渐递减。普通混凝土板、肋板皆跨中变形最大，分别为.、.，肋板 比 普 通 混 凝 土 板 挠 度 减 小.，降 幅.。站台板支座端变形较小，分别为.、.，螺栓灌浆连接较可靠。图 为普通混凝土板及 肋板应力分布情况。两种站台板应力沿横轴呈对称分布。普通混凝土板最大应力为.，位于站台板跨中边缘处，该处混凝土容易发生压碎。肋板由于主要荷载由顶板下部肋梁承担，最大应力.，位于肋梁端部与牛腿接触面，该处牛腿对肋梁的剪应力较大。（）普通混凝土板（）肋板图 应力分布云图.门式预制构件应力分布图（）为板式站台板作用在门式构件时应力分布情况。应力主要集中于牛腿下部侧板和靠近牛腿一侧的顶板处，最大应力.。图（）为肋板式站台板作用在门式构件时应力分布情况。应力主要集中于门式构件右侧，应力最大位置与板式站台板相同，但大小仅为.。牛腿与肋梁接触位置应力较大，同时锚栓孔周围由于应力集中应力较大。（）普通混凝土板（）肋板图 门式预制构件应力云图.螺栓力学性能分析螺栓开始变形时，随荷载增加，呈线性增长，当荷载超过 后变形量增长速率加快但增量较小；由于混凝土板刚度小于 肋板，抗变形能力小，相同荷载作用下跨中挠度较大，板端对支座作用力也较大。故螺栓变形量增加，混凝土板的螺栓变形大于 板，分别为.、.。图 为 站台板螺栓 应力云图，螺栓应力在.范围内，由中部向两侧呈递减趋势，远低于其屈服强度。表明站台连接螺栓强度符合装配式站台安全使用要求。年 期 总第 期苏江川装配式地铁车站站台板力学性能研究 图 站台螺栓应力云图.填充料力学性能分析图（）、（）为支座填充料变形和应力云图。填充料由封锚混凝土和灌浆料组成，其上部为封锚混凝土。填充料变形最大值位于填充料顶部（.），由外侧向内侧逐渐减小，灌浆料变形较小，不会对结构安全产生影响。灌浆料因受螺栓的挤压力，应力远大于封锚混凝土，由顶部向下逐渐增大，最大拉应力.，低于灌浆料抗拉强度。填充料变形、应力分布均匀，灌浆料、砂浆接触位置无突变现象，满足螺栓灌浆连接质量要求。（）填充料变形（）填充料应力（）填充料裂缝图 填充料位移、应力及裂缝云图图（）为填充料裂缝云图。填充料内部产生微裂缝，最大裂缝宽.，主要分布于下部灌浆料，说明灌浆料质量对支座影响较大。与平板式普通混凝土站台相比，肋板式 站台板具有结构自重小、刚度大以及抗裂性能好等特点，支座中螺栓变形、应力均小于平板式普通混凝土站台。结论（）试验荷载 作用下站台板底出现 条裂纹，最大裂缝宽.，超过.；站台板跨中挠度.（未超过跨度的），端部与站台板连接处的螺栓最大应力 ，小于钢筋抗拉强度，连接节点未破坏，挠度变形及裂缝宽度符合安全使用要求。（）普通混凝土板、肋板均跨中变形值最大，分别为.、.，肋板比普通混凝土板挠度减小.，降幅.；普通混凝土板最大应力.，位于站台板跨中边缘处，肋板所受荷载主要由顶板下部肋梁承担，最大应力.，位于肋梁端部与牛腿接触面。（）板式站台门式构件最大应力.，肋板式站台门式构件最大应力.，采用肋板式 站台板更有利于门式构件稳定。由于肋板式 站台板的刚度大于平板式混凝土站台板，相同荷载下支座处螺栓以及灌浆料应力较小，安全性更高。参 考 文 献 曾宪纯，马旭新，李海波，等 直型半灌浆套筒组件用于混凝土预制主梁与次梁的标准化连接 建筑结构，（）：李江平，蒋泉 换乘站远期站台板及轨顶风道预留方案研究 城市建设理论研究，（）王美丽，曾运清，张瑞鹏 铁路站台板面主横纵梁连接处优化设计 军事交通学院学报，（）：杨杰 地铁车站二次结构装配式构件力学性能研究 福州：福建工程学院，