基于MIDAS的不規(guī)則地鐵車站結(jié)構(gòu)受力分析

祝曦晨

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東廣州 510000）

為了適應(yīng)地鐵功能多樣化的需求及城市地下空間的限制，地鐵車站的結(jié)構(gòu)形式逐漸突破常規(guī)化設(shè)計(jì)，逐漸向不規(guī)則方向發(fā)展。某些車站附屬結(jié)構(gòu)因需與車站主體在結(jié)構(gòu)上連為一體，計(jì)算時(shí)無(wú)法將車站附屬結(jié)構(gòu)與車站主體結(jié)構(gòu)分開(kāi)單獨(dú)計(jì)算，需要作為一個(gè)整體進(jìn)行計(jì)算。

1 工程實(shí)例

某實(shí)際工程地鐵車站主體為地下兩層單柱雙跨結(jié)構(gòu)，單跨9.7 m，地下一層結(jié)構(gòu)高度為5.85 m，地下二層結(jié)構(gòu)高度為7.0 m，頂、底板厚度均為1.0 m，中板厚度為0.4 m，側(cè)墻厚度為0.7 m。車站附屬為地下單層單跨框架結(jié)構(gòu)，跨度為8.6 m，與車站主體結(jié)構(gòu)相連，且未設(shè)置變形縫，頂、底板厚度均為0.8 m，側(cè)墻厚度為0.6 m。頂板覆土均為5.56 m。

工程地鐵車站主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 工程地鐵車站主體結(jié)構(gòu)（單位：m）

車站所處地層為黏性土層，天然重度為18.5 kN/m3，土層靜止側(cè)壓力系數(shù)為0.45，垂直基床系數(shù)為30 MPa/m，頂板回填土天然重度取20 kN/m3，地下水容重取10 kN/m，地面超載取20 kN/m。

2 計(jì)算模型及結(jié)果

地鐵車站按照框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力計(jì)算，模型施加的荷載主要包括水、土荷載、超載[1]。通過(guò)抗浮驗(yàn)算，利用圍護(hù)結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范抗浮要求，對(duì)模型豎向位移進(jìn)行約束，土層對(duì)結(jié)構(gòu)的反力采用受壓彈簧模擬[2]。荷載組合按照規(guī)范取值，模型中分別按照高水位、低水位兩種工況進(jìn)行計(jì)算，MIDAS框架模型以1 m長(zhǎng)度進(jìn)行單元?jiǎng)澐帧?/p>

（1）考慮車站主體結(jié)構(gòu)情況下兩種工況內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，高水位工況結(jié)構(gòu)準(zhǔn)永久組合彎矩如圖2所示，低水位工況結(jié)構(gòu)準(zhǔn)永久組合彎矩如圖3所示。

圖2 高水位工況結(jié)構(gòu)準(zhǔn)永久組合彎矩

圖3 低水位工況結(jié)構(gòu)準(zhǔn)永久組合彎矩

（2）不考慮車站主體結(jié)構(gòu)情況下兩種工況內(nèi)力計(jì)算結(jié)果。高水位工況結(jié)構(gòu)準(zhǔn)永久組合彎矩如圖4所示，低水位工況結(jié)構(gòu)準(zhǔn)永久組合彎矩如圖5所示。

圖4 高水位工況結(jié)構(gòu)準(zhǔn)永久組合彎矩

圖5 低水位工況結(jié)構(gòu)準(zhǔn)永久組合彎矩

3 計(jì)算結(jié)果分析

（1）高水位工況。

高水位工況兩種模型準(zhǔn)永久組合彎矩值、高水位工況兩種模型準(zhǔn)永久組合剪力值比較如表1所示。

表1 高水位彎矩值、剪力值 單位：kN·m

在高水位工況下，考慮車站主體結(jié)構(gòu)時(shí)，主體與附屬結(jié)構(gòu)頂、底板連接處的計(jì)算彎矩較大。不考慮車站主體結(jié)構(gòu)時(shí)，在同樣的荷載條件下，主體與附屬結(jié)構(gòu)頂、底板連接處計(jì)算的彎矩值較小。頂、底板左支座、跨中彎矩計(jì)算值比考慮車站主體結(jié)構(gòu)計(jì)算的彎矩值明顯偏大，尤其是頂板跨中彎矩增加幅度較大。在同樣的荷載條件下，兩種模型剪力計(jì)算值有差異，但差異不大。

（2）低水位工況。

低水位工況兩種模型準(zhǔn)永久組合彎矩值、低水位工況兩種模型準(zhǔn)永久組合剪力值比較如表2所示。

表2 低水位彎矩值、剪力值比 單位：kN·m

在低水位工況下，考慮車站主體結(jié)構(gòu)時(shí)，主體與附屬結(jié)構(gòu)頂、底板連接處的計(jì)算彎矩較大。不考慮車站主體結(jié)構(gòu)時(shí)，在同樣的荷載條件下，主體與附屬結(jié)構(gòu)頂、底板連接處計(jì)算的彎矩值較小。

頂板左支座、跨中彎矩計(jì)算值比考慮車站主體結(jié)構(gòu)計(jì)算的彎矩值明顯偏大，底板跨中彎矩反而偏小。在同樣的荷載條件下，兩種模型剪力計(jì)算值有差異，但總體差異不大。

由表1、表2可知，在高水位、低水位工況下施工時(shí)，在考慮車站主體結(jié)構(gòu)過(guò)程中，頂、底板彎矩最大值均發(fā)生在主體與附屬結(jié)構(gòu)連接處，附屬結(jié)構(gòu)頂板左支座、跨中彎矩值均小于底板左支座、跨中彎矩值。在不考慮車站主體結(jié)構(gòu)時(shí)，頂、底板彎矩最大值均發(fā)生在跨中處，附屬結(jié)構(gòu)頂板左支座、跨中彎矩值均大于底板左支座、跨中彎矩值。

高水位、低水位工況下，針對(duì)同樣的荷載條件，兩種模型剪力計(jì)算值存在差異，但總體差異不大。

4 結(jié)語(yǔ)

文章針對(duì)不規(guī)則地鐵車站結(jié)構(gòu)，以實(shí)際工程為背景，建立了地鐵車站附屬與主體結(jié)構(gòu)整體計(jì)算模型，利用MIDAS結(jié)構(gòu)軟件分析了其內(nèi)力情況，在相同荷載條件下不考慮車站主體結(jié)構(gòu)，對(duì)車站附屬結(jié)構(gòu)的內(nèi)力情況進(jìn)行對(duì)比分析。