明挖地铁车站内力分析

摘要选取西安市轨道交通3号线一期工程的中间站点丈八北路标准断面，利用美国CSI公司编制的sap2000 V14有限元程序，采用荷载-结构模型进行计算，最后采用公式法及直接读取法两种方法进行内力比较分析得出结论，为以后设计提供参考

关键词明挖地铁车站、荷载-结构模型、公式法、直接读取法

Abstract: selecting xian city rail transit line 3 a phase of the project of the middle of the road standard section eight cubits site, using the CSI companies prepare sap2000 V14 of finite element program, the load calculation model-structure, then using formula method and directly read of the two methods force comparative analysis of the conclusion, and provides reference for the design for the future

Keywords: Ming dig metro station, the load-the structure model, the formula method, directly read method

中图分类号：U231+.3文献标识码：A 文章编号：

引言

目前，地下建筑结构的设计方法有多种，但大体可归纳为以下四种设计模型：经验类比设计模型、荷载结构设计模型、连续介质设计模型、收敛约束设计模型。针对不同地层或不同的施工方法，所采用的地下结构设计模型是不同的，对于明挖地下车站，模型的建立大多采用荷载-结构设计模型。 明挖车站的内力包括轴力、弯矩和剪力。计算内力时，模型中的杆件选取的是杆件轴线，因此要对设计内力值进行相应的折减，其折减方法大致可分为以下两种：公式法、直接读取法。

一、公式法

设计弯矩

用位移法或力矩分配法解超静定结构时，直接求得的是节点处的内力（即构件轴线相交处的内力），然后利用平衡条件可以求得任意截面处的内力。由图1.1可见，节点弯矩（即计算弯矩）虽然比附近截面的弯矩大，但其对应的截面高度是侧墙的高度，所以，实际不利截面是侧墙边缘处的截面，对应这个截面的弯矩为设计弯矩。根据根据隔离体平衡条件，可以得设计弯矩为

（1.1）

图1.1设计弯矩计算示意图

式中：――设计弯矩（KN.m）――计算弯矩（KN.m）――计算剪力（KN）――支座宽度（m）――作用于杆件上的均布荷载（）

设计中为简便起见，可以近似采用（1.2）

设计剪力

对于剪力，不利截面仍然位于支座边缘处，如图1.2所示。根据隔离体平衡条件，可以得设计剪力为

（1.3）

图1.2 设计剪力计算示意图

设计轴力

由静载引起的设计轴力为

（1.4）

式中：――由静载引起的计算轴力

二、直接读取法

顾名思义就是在所得的内力图上直接读取，即把杆件中心处的内力偏移至支座边缘处，在图上直接读取。

三、两种方法比较

选取西安市轨道交通3号线一期工程的中间站点丈八北路进行计算比较，丈八北路站位于丈八北路与科技路十字路口东侧，沿科技路东西向路中布置，为明挖两层12m岛式站台车站，主体结构为双层三跨（部分两跨）混凝土箱型结构，有效站台长118m，车站外包总长192m。车站中心里程处结构外包宽度为20.7m、深18.24m，车站主体结构埋深约18.08～18.6m。

拟建工程场地在勘探深度45.0m范围内的地层主要为第四系堆积物，即由全新统人工填土（Q4ml）、冲积（Q4al）黄土状土夹中、粗砂和上更新统冲积（Q3al）粉质粘土夹粗砂及中更新统冲积（Q2al）粉质粘土夹中砂组成。

本计算利用美国CSI公司编制的sap2000 V14有限元程序，采用荷载结构模型进行计算，计算结果如3.1、3.2、3.3所示。

3.1弯矩图（KN.m）

3.2剪力图（KN）

3.3 轴力图（KN）

内力分析结果如下表所示，表3.1为采用削峰法计算所得结果、表3.2为把内力偏移至构件边缘之后所得结果。

表3.1

表3.2

四、结语

1、明挖车站构件端部内力计算值与设计值相差较大，在进行截面设计时必须进行一定的折减，以保证构件设计尺寸的合理。

2、从两表所得结果可以看出：构件边缘弯矩设计值表3.2与表3.1相差10%左右，剪力设计值所得计算结果基本一致。

3、个人认为采用公式法进行内力折减，更为合理，也较为方便。

参考文献

【1】地下结构设计模型曾亚武著武汉大学出版社2006

【2】sap2000中文版使用指南北京金土木软件技术有限公司、中国建筑标准设计研究院编著人民交通出版社2009

作者简介

刘皓，男，本科，1982年2月生于河南省商丘市柘城县起台镇，现就职于中铁第五勘察设计院集团有限公司，从事城市轨道交通的研究，主做地铁结构设计工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。