三线换乘车站换乘节点结构计算分析

1、將品好文档.推荐学习交涼三线换乘车站换乘节 点结构计算分析 摘要:研究目的:一个城市的轨道交通路网，必然存在着两线或两线以上的相 交，构成了多种形式的换乘。同时还要考虑与地面铁路客站、航空站、地面大 型公交枢纽站、轮船码头和公路客站等接近换乘。由此，换乘车站是地铁车站 的重要枢纽站，设计分析均较为复杂。重庆地铁6号线一期工程冉家坝车站为 三线换乘车站，需要对换乘节点区域进行三维分析，为设计提供理论依据，保 证车站结构的安全。研究结论:本文结合冉家坝车站的三维模型分析，提出了换乘节点区域应力配筋 的设计方法;根据换乘节点厚板的受力特点，提出了双向板布置模式;根据中柱 受力情况，提出了型钢混凝土柱

2、方案;根据TBM过站模拟的分析，提出了轨行 中板的TBM荷载用临时支撑承载与结构使用功能的永久荷载结构承重的方 案。关键词:换乘地铁车站;预留节点;结构内力；应力集中;轨行中板个城市的轨道交通路网，存在着两线或两线以上的相交，构成了多种形式 的换乘。同时还要考虑与地面铁路客站、航空站、地面大型公交枢纽站、轮船 码头和公路客站等接近换乘。同时，换乘站的两条及多条线路大多不同步实 施，应在近期工程中考虑必要的预留工程，其规模视车站所处工程地质及水文 地质条件，以尽可能减少近期工程投资，同时又不给远期工程的实施与地铁安 全运营造成过大困难和投资的无谓増大为原则。由此，有条件的将换乘节点一 次做成。冉

3、家坝车站即为该线路的重要枢纽站，换乘关系多，结合上部物业开发，预 留节点多，设计分析均较为复杂。其中预留的环线为规划中远期实施的车站在 近期实施的车站下方通过，为避免后期施工的车站在近期车站运营后下穿施工 的风险，减少对运营的影响，并减少一次建成后因不确定性所引起的废弃工 程，需同期完成中远期换乘节点范围的结构施工，同时预留后期施工条件。本文对前面所提到的换乘站，换乘预留节点部分进行研究，提出相应的解决 方案。1工程概况冉家坝车站为三线换乘站，站内5、6号线形成南北向平行同台换乘;与规划 路下东西走向的环线十字交叉岛侧换乘，6号线与5号线在上，环线在下。车 站主体为地下六层，节点区七层。地下一

4、至三层为商业开发，地下四层为站厅 层，地下五、六层为5、6号线站台层，地下七层为环线站台层，车站全长 227 . 4m,标准段宽度30. 26叫 总建筑面积58 633 m2,设10个出入口和3 组风亭。在本车站的换乘节点处，结构纵横尺寸比例接近，电扶梯、楼梯孔洞及环线 换乘通道集中在一起，结构受力复杂，采用平面计算模型难以有效反应实际受 力状况，根据地铁规范的要求，采用三维空间计算模型对结构进行计算分析。中远期规划的环线车站暂考虑与6号线的车站标准相同，预留换乘节点车站 的总平面图、底板、中板布置图及物业开发层结构平面布置如图1 图4所 示，预留换乘节点横、纵断面图如图5、图6所示。采用有限

5、元计算程序，建立预留换乘节点处结构的空间计算模型，可以得到 结构的受力状况。2计算理论根据本车站主体结构的明挖顺作施工工法，本车站计算模型采用荷载-结 构模型。对于地铁车站结构，一般可以采用板（壳）单元或墙单元模拟各层板及侧 墙，而柱、纵梁采用梁单元模拟。MIDAS / Gen梁单元的理论依据是Timoshenko Beam Theory,它具有拉、 压、剪、弯、扭的变形刚度，梁单元的每一个节点都具有三个方向的线形移动 位移和三个方向的旋转位移，每个节点具有6个自由度。本结构墙、板计算采 用厚板单元，其理论依据为Mindlin - Plate Theory,这种单元具有平面内抗 压、抗拉及抗剪

6、刚度和厚度方向的抗弯及抗剪刚度。3模型计算根据车站结构换乘节点区域的结构形式，采用MIDAS程序，建立空间计算 模型，可以得到车站节点范围板、墙、柱、梁构件的受力状况，中板开洞处的 应力分布情况。3.1模型建立顶、中、底板及换乘节点底板及各侧墙作为板壳单元，结构纵梁、柱作为三 维梁单元，按照相接节点位移（三平动、三转动）相同于板壳单元连接，端部方 向分别加以水平弹簧约束。主体结构与围护结构间采用回填处理，围护结构为 灌浆锚杆网喷混凝土支护模式，侧墙两侧按静止土压力考虑;底板与地层间的抗 力由两端较接链杆模拟，只传递压力，产生拉力时链杆不起作用。在空间计算 模式下，能反应结构构件间的空间共同作用

7、，可以充分考虑板、梁变形及侧墙 弯曲变形的影响，接近实际结构受力状况。为减少单元及缩短计算时间，在计算模型中不建立围护结构的单元。不考虑 围护结构承受水土压力，将水土压力全部作用在侧墙上。因车站换乘节点范围较大，考虑应力影响范围，选取节点范围向各边延伸不 小于50 m的结构长度参与计算，换乘节点的结构计算模型如图7所示。3 - 2计算荷载3.2.1永久荷载(1) 结构自重;(2)覆土重;(3)侧向水岩(土)压力，岩()侧压力系数及地 基基床系数按地勘资料提供的参数采用:(4)设备荷载;(5)车站主体上部商业用 房恒载;(6)水浮力。3.2.2可变荷载(1) 地面超载;(2)公共区站厅、站台层人

8、群荷载;(3)施工荷载:(4)温度荷 载。3.2.3偶然荷载(1)地震作用，按地下铁道设计与施工建议的计算方法计算;(2)6级人 防等效荷载。3 - 3材料参数(1) 混凝土:框架中柱及其与纵梁节点采用C50混凝土;其余为C40o(2) 钢筋:纵筋、箍筋采用HRB335钢筋;箍筋采用HPB235钢筋。4结果分析本计算选取基本组合、标准组合和频遇组合三种工况，前两种分别用来分析 承载能力极限状态和验算正常使用极限状态，频遇组合作为检算工况。通过有 限元数值分析表明，人防荷载和地震作用荷载工况不是控制条件，其承载力极 限状态的受力及正常使用极限状态的抗裂为设计控制条件。其典型应力云图及 内力图如图

9、8所示。(1) 根据计算模型的整体云图可见，结构整体受力较大值出现在墙体与板的 边线，站台一、二层底板及楼扶梯开洞集中部位。尤其环线站台层底板受竖向 荷载大，底板反力大，其支座和跨中弯矩均大，需要结合应力图进行加强设 计。同时该区域纵、横梁均布置，空间受力效应明显，按平面框架模型分析无 法反应实际受力状态，应考虑空间作用，其配筋较经济。(2) 根据板弯矩云图9和图10可见，弯矩较大值出现在侧墙与底板的交接 部位、较大洞口处以及中柱作用范围，按单向板计算，明显板厚较大，通过试 算，本结构需1 100 mm厚，配筋也较大;增设底板梁，减少底板跨度，其效果 显著。同时对洞口处设置合适的边梁，对柱上板

10、带的抗剪抗冲切做计算分析， 増设钢筋网及型钢抗剪，以利于减小板厚。(3) 考虑6号线整个区间工期安排及投资优化计划，本站轨行中板(700 mm 厚)设计考虑TBM步进过站，由于过站的荷载及对车站净空、板跨的要求，其 受力为其控制条件。由梁的弯矩图12,轨行中板弯矩值为639 13 416kNm, 换乘节点中心区域两跨跨度10 . 25 m,弯矩值达最大值13 416kN m，该值决 定纵梁及板的截面，对站台二层的净高起控制作用。根据配筋计算，若考虑轨 行中板直接承载过站荷载，其板厚还需加大，按正常使用裂缝分析，其配筋率 仅供学习与交潦，如冇侵权请联系网站刊除谢谢4將品好文档.推荐学习交涼太大，

11、已属不合理方案，经综合比较，TBM过站荷载采用临时钢结构支撑加固 处理，按列车运行荷载设计，其板厚及梁高均减小，满足安全、经济要求。(4) 从柱轴力图13可以看出，换乘节点区域跨度大，层数多，荷载大，环线层 底板处柱轴力较大，最大值为29 512 kN,该值为柱截面的控制条件，可能影响 到站台的净宽要求，此时宜按型钢混凝土柱设计，强度高、截面小，易满足建 筑功能要求。5结论通过对本车站的三维模型设计与分析，可得到如下建议：(1) 对于类似条件的换乘车站节点区域的计算与设计空间效应明显，需按三 维建模分析，为节省时间，有效地建立分析模型，可以整体上较大地划分网 格，在孔洞集中部位、框架柱所在板带及换乘预留节点底板部分细分单元，可 得到较满足结果。(2) 对于有区间掘进机步进过站的轨行中板，考虑临时支撑方案承载过站荷 载，按正常