地鐵區(qū)間風井結(jié)構(gòu)三維力學分析

秦 義

(遼寧賽特景觀裝飾工程有限公司，遼寧 沈陽 110166)

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地鐵區(qū)間風井結(jié)構(gòu)三維力學分析

秦 義

(遼寧賽特景觀裝飾工程有限公司，遼寧 沈陽 110166)

介紹了地鐵區(qū)間風井的特征，并以沈陽地鐵2號線南延線工程全運路站—沈本大街站區(qū)間為例，探討了風井結(jié)構(gòu)的三維計算方法，通過與二維計算結(jié)果的對比，指出了二維計算的不足之處。

地鐵區(qū)間，風井，結(jié)構(gòu)設(shè)計，三維模型

當?shù)罔F區(qū)間長度過長時，需要在區(qū)間設(shè)置風井，以避免在行車過程中兩列列車同時出現(xiàn)在一個區(qū)間內(nèi)。若兩列列車處于一個區(qū)間內(nèi)運行，由于列車的活塞效應，會給列車和乘客帶來一系列的問題。區(qū)間風井長寬高三個方向尺寸相近，具有明顯的三維效應，傳統(tǒng)的二維斷面計算方法，往往不能真實反映結(jié)構(gòu)的受力情況，使得某些部位計算偏于保守，而某些部位又偏于不安全。本文通過某工程實例二維與三維計算的對比，總結(jié)了區(qū)間風井的計算方法。

1 工程概況

沈陽地鐵二號線南延線工程全運路站—沈本大街站區(qū)間，風井位于沈陽國際軟件園附近規(guī)劃路與慧云路交叉口。風井為三層三跨箱型框架結(jié)構(gòu)。風井長25.7 m，寬16.5 m，高24.54 m，結(jié)構(gòu)頂板以上覆土厚度約4.2 m，底板埋深28.8 m。風井采用明挖法施工。風井所處位置主要為道路和空地，地表高程為48.7～49.23，場地較為平坦。場地地層主要由第四系全新統(tǒng)和更新統(tǒng)粘性土、砂類土及碎石類土組成。地層分布見圖1，風井結(jié)構(gòu)底板位于⑤-3中粗砂層。

場地巖土力學參數(shù)如表1所示。

表1 巖土物理力學參數(shù)建議值表

本工程場地范圍內(nèi)的地下水賦存于中粗砂、礫砂等土層中，按照埋藏條件劃分，屬第四系孔隙潛水。穩(wěn)定水位埋深為12.50 m～23.00 m，相當于水位標高29.11 m～30.14 m。地下水主要補給來源為渾河側(cè)向補給及大氣降水垂直入滲補給。主要排泄方式為徑流排泄和地下水的人工開采?？垢∷蝗〉乇硪韵? m計算。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載

1)永久荷載。

結(jié)構(gòu)自重：鋼筋混凝土容重按25 kN/m3計算。覆土荷載：按全部覆土荷載計算。側(cè)向水土壓力：砂性土地層采用水土分算，粘性土地層施工階段采用水土合算，使用階段采用水土分算。

2)可變荷載。

地面超載：按20 kN/m2考慮。人群荷載：按4.0 kN/m2考慮。施工荷載：包括施工機具荷載、堆載等，視具體情況考慮。設(shè)備荷載：按實際考慮。

3)偶然荷載。

地震荷載：按7度抗震設(shè)防烈度計算。

荷載簡圖如圖2所示。

3 計算結(jié)果分析

二維計算選取風井中部斷面進行計算，采用“荷載—結(jié)構(gòu)”模型，按平面桿系有限元法進行計算。風井中柱等效為等面積中隔墻計算。分別用與壓縮剛度等效的水平、豎向彈簧模擬地層對結(jié)構(gòu)側(cè)墻水平位移和底板垂直位移的約束作用。二維斷面計算結(jié)果見圖3。

三維計算按風井實際梁板柱布置及開洞情況建模，采用“荷載—結(jié)構(gòu)”模型，按三維有限元法進行計算。分別用與壓縮剛度等效的水平、豎向彈簧模擬地層對結(jié)構(gòu)側(cè)墻水平位移和底板垂直位移的約束作用。三維模型如圖4所示。圖5，圖6分別給出了風井側(cè)墻及頂板的彎矩計算結(jié)果。

二維與三維計算結(jié)果對比見表2。由表2可知，在風井中部斷面處由于受相鄰側(cè)墻約束作用較小，三維計算結(jié)果與二維計算結(jié)果相近。但在頂板中柱支座及中跨跨中處，由于二維計算模型

無法準確模擬頂板、頂縱梁及中柱的剛度分配作用，二維計算結(jié)果中柱及中跨跨中處彎矩計算結(jié)果偏小，偏于不安全。

表2 風井中部斷面彎矩計算結(jié)果對比

kN·m

由圖5可知，在側(cè)墻左右邊緣位置，由于受到相鄰側(cè)墻的約束作用，側(cè)墻彎矩明顯比風井中部斷面處減小。且由于側(cè)墻兩個方向跨度比小于3，應按雙向板配筋，相對于三維計算模型，二維斷面計算模型無法得到側(cè)墻水平方向的內(nèi)力，需要單獨計算，增加了計算量。頂板彎矩分布也有相同的規(guī)律，如圖6所示。

4 結(jié)語

二維計算無法得到水平鋼筋所需的內(nèi)力，以及端部板帶的內(nèi)力。三維計算可以一次性得到梁板柱的內(nèi)力，且可以根據(jù)內(nèi)力大小，分區(qū)配筋，亦使設(shè)計更加合理，減少不必要的浪費。同時三維模型更能真實的反映風井結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，減少因計算假設(shè)與實際結(jié)構(gòu)的偏差帶來的不安全因素。

[1] GB 50157—2013，地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 殷 凱，何 李.地鐵區(qū)間風井斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計計算研究[J].路橋科技，2014(6)：193-194.

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[5] 高志宏.盾構(gòu)端頭井結(jié)構(gòu)設(shè)計中的若干問題[J].四川建筑，2010，30(2)：153-155.

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3D structural analysis of metro intermediate ventilation shaft

Qin Yi

(SightLandscapeDecorationEngineeringCo.,Ltd,Shenyang110166,China)

This paper introduced the characteristics of metro section shaft, and from the Shenyang metro line 2 south extension Quanyunlu Station to Shenben Street Station section as an example, discussed the 3D calculation method of shaft structure, comparing with the 2D calculation results, pointed out the shortcomings of 2D calculation.

metro section, shaft, structure design, 3D model

2016-11-27

秦 義(1986- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2017)04-0052-02

TU311

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