裝配式地下連續(xù)墻拼裝接頭性能研究

選用設(shè)計(jì)了一種新型裝配式地下連續(xù)墻鋼件接頭，在接縫處設(shè)置橡膠止水帶，接縫表面進(jìn)行溝槽嵌縫合接頭縫隙注水泥基灌漿料處理，來(lái)解決裝配式地下連續(xù)墻拼裝接頭防水技術(shù)問題。通過數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果表明，本裝配式地下連續(xù)墻連接接頭在受荷載下形變和應(yīng)力均控制在有效范圍內(nèi)，能夠滿足地鐵車站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)在富水粉砂地層中的結(jié)構(gòu)安全要求。

裝配式地下連續(xù)墻； 地下連續(xù)墻鋼件接頭；" 數(shù)值計(jì)算； 鋼件形變； 最大剪應(yīng)力

TU476+.3A

建筑設(shè)備與建筑材料建筑設(shè)備與建筑材料

［定稿日期］2023-05-29

［基金項(xiàng)目］2021年重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：K202110）

［作者簡(jiǎn)介］王飛婭（1986—），女，碩士，講師，主要從事結(jié)構(gòu)安全方面工作。

0" 引言

地下連續(xù)墻支護(hù)體系作為明挖深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式已應(yīng)用多年，是軟弱基坑最主要的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，主要有現(xiàn)澆式地下連續(xù)墻和裝配式地下連續(xù)墻。裝配式地下連續(xù)墻分為預(yù)制構(gòu)件和連接接頭兩部分。裝配式構(gòu)件具有混凝土質(zhì)量高，施工簡(jiǎn)單、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。用裝配式預(yù)制構(gòu)件作為地下連續(xù)墻，構(gòu)件自身的防水性能能夠得到保障，但是接頭部分為現(xiàn)場(chǎng)拼裝不可避免會(huì)出現(xiàn)縫隙降低了結(jié)構(gòu)的整體性，連接構(gòu)件之間的接頭是整體結(jié)構(gòu)的“關(guān)鍵點(diǎn)”，所以只需要解決裝配式地下連續(xù)墻接頭處的結(jié)構(gòu)安全及防水問題，就可以避免水下澆筑混凝土澆筑質(zhì)量差的缺點(diǎn)。但是預(yù)制件的接頭接縫的存在降低了結(jié)構(gòu)的整體性，增大了防水難度，選擇合適的接頭構(gòu)造形式以及防水注漿材料是地下裝配式結(jié)構(gòu)防水的關(guān)鍵。考慮到地下水的流動(dòng)會(huì)破壞地下連續(xù)墻在整體上的防水性能，而因?yàn)榈跹b和運(yùn)輸?shù)南拗频叵逻B續(xù)墻預(yù)制構(gòu)件必須分成若干塊后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，這些不可避免的接頭處降低了裝配式地下連續(xù)墻整體的防水性，為質(zhì)量薄弱區(qū)域。因此首先建議裝配式地下連續(xù)墻預(yù)制構(gòu)件在滿足運(yùn)輸與起吊能力的前提下，單幅預(yù)制地下連續(xù)墻的長(zhǎng)度盡可能地按較大尺寸設(shè)計(jì)，重量按較大起吊量設(shè)計(jì)，把接頭數(shù)量控制到最少。接頭的性能決定著整個(gè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性，同時(shí)也是制約結(jié)構(gòu)防水性能的關(guān)鍵。目前裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件常用連接形式有幾種形式：套筒灌漿連接，漿錨搭接，直螺紋套筒連接，榫槽注漿連接。根據(jù)這幾種裝配式構(gòu)件連接形式需要具備的性能要求并結(jié)合現(xiàn)有的裝配式地鐵車站、地下接頭連接形式，本文結(jié)合工程實(shí)際選用注漿連接形式，設(shè)計(jì)了一種新型裝配式地下連續(xù)墻鋼件接頭，并在接縫處設(shè)置橡膠止水帶，接縫表面進(jìn)行溝槽嵌縫合接頭縫隙注漿處理，來(lái)解決裝配式地下連續(xù)墻拼裝接頭結(jié)構(gòu)安全技術(shù)問題。

1" 工程背景

江蘇某地鐵車站車站總長(zhǎng)465 m，寬18.3 m，深16.56～18.6 m，為地下兩層島式站臺(tái)，共設(shè)8個(gè)出入口及3組風(fēng)亭。基坑主要采用明挖順作法施工，交叉路口處采用蓋挖順作法施工。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚裝配式地下連續(xù)墻，第一道支撐采用混凝土支撐、其他支撐采用鋼支撐。車站平面位置如圖1所示。主體結(jié)構(gòu)斷面如圖2所示。

由圖2可知，該車站區(qū)域主要有粉砂夾粉土、粉砂和砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土等，屬于富水粉砂地層，結(jié)合目前的預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸長(zhǎng)度的控制，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻，標(biāo)準(zhǔn)段鋼筋混凝土墻長(zhǎng)為30 m，端頭井鋼筋混凝土墻長(zhǎng)33.5 m，素混凝土墻1.5～10.5 m。基坑支撐體系設(shè)1道混凝土支撐+3道鋼支撐，盾構(gòu)井處增加1道鋼支撐換撐。各預(yù)制構(gòu)件在橫向和縱向均設(shè)有定位銷，方便構(gòu)件拼接及提高精度。

2" 模型尺寸及計(jì)算參數(shù)

為探究接頭錨固性能和受力特征，利用有限元軟件對(duì)結(jié)構(gòu)的受力及變形展開分析。根據(jù)上一節(jié)的討論，現(xiàn)擬定地下連續(xù)墻斷面及接頭鋼件尺寸如圖3所示。

建立地下連續(xù)墻有限元模型尺寸為3 m×24 m×0.8 m，如圖4所示。地下連續(xù)墻數(shù)值模型的邊界條件為：上表面為自由邊界，兩側(cè)為水平約束，縱向兩端為縱向水平約束，底面為垂直約束。數(shù)值模型采用彈性本構(gòu)模型，混凝土和接頭鋼件采用實(shí)體單元模擬，并滿足彈性變形基本假設(shè)，包括幾點(diǎn)：①連續(xù)性假設(shè)：模型單元充滿了模型域，試件間不存在任何間隙；②均勻性假設(shè)：模型試件材料皆為均質(zhì)各項(xiàng)同性介質(zhì)；③各項(xiàng)同性假設(shè)：模型試件內(nèi)一點(diǎn)在其各個(gè)方向上的力學(xué)性質(zhì)相同；④小變形假設(shè)：模型試件在荷載作用下所產(chǎn)生的位移遠(yuǎn)小于模型自身尺寸；⑤無(wú)初應(yīng)力假設(shè)：模型試件在施加荷載前為無(wú)受力狀態(tài)；⑥平截面假設(shè)：接頭構(gòu)件在受力變形后，截面仍保持平面，不會(huì)發(fā)生相對(duì)位移。

混凝土和接頭鋼件均采用彈性本構(gòu)模型，型號(hào)分別為C30混凝土和HRB400碳素結(jié)構(gòu)鋼，數(shù)值計(jì)算參數(shù)如表1所示。由于地下連續(xù)墻在實(shí)際工程中主要承受水平彎矩和剪力作用，故本數(shù)值計(jì)算主要研究接頭鋼件在彎矩和剪力作用下的受力及變形特征。分別在x=2.25，y=0平面和x=3.0，y=0.8平面上施加大小為F1和F2的y方向面力。

為了探討模型試件在不同彎矩和剪力作用下的形變規(guī)律

建筑設(shè)備與建筑材料王飛婭， 龍道選： 裝配式地下連續(xù)墻拼裝接頭性能研究

和受力特征，現(xiàn)設(shè)計(jì)5種計(jì)算工況如表2所示，其中M和Q的計(jì)算方法分別為：M=6×F2-3×F1，剪力Q=F2-F1。

3" 計(jì)算結(jié)果分析

3.1" 接頭形變規(guī)律

根據(jù)上文所給參數(shù)，模型在彎矩和剪力的作用下產(chǎn)生形變變形如圖5所示（以工況3為例）。

由圖5可知，工況3連續(xù)墻和接頭鋼件整體位移自上而下逐漸減小，頂部變形量為0.18 mm。其余工況接頭鋼件最大變形量如圖6所示。

從圖6可以看出，隨著彎矩和剪力的增大，最大形變量有微量增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)量不超過0.002 mm，符合GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的鋼材變形容許值。說明本結(jié)構(gòu)接頭扣件較為穩(wěn)定，受軸力彎矩的影響較小。

3.2" 最大剪切應(yīng)力規(guī)律

根據(jù)上文所給參數(shù)，模型在彎矩和剪力的作用下接頭鋼件最大剪切應(yīng)力如圖7所示（以工況3為例）。

由圖7可知，工況3連續(xù)墻和接頭鋼件最大剪切應(yīng)力自上而下逐漸增大，底部最大剪切應(yīng)力分別為2.51 MPa和1.64 MPa。其余工況接頭鋼件最大剪切應(yīng)如圖8所示。

從圖8可以看出，隨著彎矩和剪力的增大，最大剪應(yīng)力有微量增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)量不超過0.1 MPa，符合GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的鋼材應(yīng)力容許值。說明本結(jié)構(gòu)接頭扣件較為穩(wěn)定，受軸力彎矩的影響較小。

計(jì)算結(jié)果表明，所提出的裝配式地下連續(xù)墻接頭鋼件承載力能夠滿足地鐵車站地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和受力。

4" 結(jié)論

本文以江蘇某地鐵車站為工程依托，采用數(shù)值模擬的方法對(duì)其裝配式地下連續(xù)墻現(xiàn)場(chǎng)拼裝接頭的進(jìn)行了性能試驗(yàn)，

對(duì)其在彎矩和剪力作用下接頭鋼件形變及最大剪切應(yīng)力進(jìn)行了分析，總結(jié)得出結(jié)論：

（1）隨著彎矩和剪力的增大，接頭鋼件最大形變量有微量增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)量不超過0.002 mm，符合鋼材變形容許值。

（2）隨著彎矩和剪力的增大，接頭鋼件最大剪應(yīng)力有微量增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)量不超過0.1 MPa，符合鋼材應(yīng)力容許值。

（3）在彎矩和剪力作用下，接頭鋼件形變和剪應(yīng)力均變化微小，驗(yàn)證了本接頭鋼件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受外荷載影響較小。

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