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        承臺(tái)、樁對(duì)站橋合建單排柱車站結(jié)構(gòu)受力影響分析

        2020-05-11 11:59:51王世敏
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2020年12期

        王世敏

        摘? 要:文章以某城市站橋合建的單排柱車站結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,通過建立車站帶承臺(tái)樁模型和無承臺(tái)樁模型進(jìn)行分析對(duì)比。研究表明考慮承臺(tái)樁對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響較大,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮兩種計(jì)算模型不利狀況。

        關(guān)鍵詞:站橋合建車站;單排柱;受力影響

        Abstract: This paper takes the single-row column station structure of a city station bridge as the research object, through the establishment of the station cap pile model and non-cap pile model for analysis and comparison. The study shows that the pile cap has a great influence on the superstructure, and the disadvantages of the two calculation models need to be considered in the structural design.

        引言

        站橋合建的單排柱車站結(jié)構(gòu)體系主要建在雙向車道路中央綠化帶內(nèi),在國內(nèi)外均有應(yīng)用。作為軌道交通車站,單排柱車站有自身的優(yōu)點(diǎn),也有不足之處。單排柱車站優(yōu)點(diǎn)有占地面積小、施工時(shí)對(duì)道路交通和環(huán)境影響小、適合采用工廠制作現(xiàn)場組裝的裝配式結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)性好等;缺點(diǎn)也比較明顯,由于底部采用單排柱,柱頂采用大懸挑蓋梁支撐上部結(jié)構(gòu),因此造成結(jié)構(gòu)自身安全冗余度不高。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)除了需要滿足現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范外,還需要對(duì)軌道梁、支承軌道梁的蓋梁、支承蓋梁的柱及基礎(chǔ)按現(xiàn)行鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算??拐鹪O(shè)計(jì)除了進(jìn)行多遇地震的設(shè)計(jì)外,還需要進(jìn)行設(shè)防地震和罕遇地震的抗震性能化設(shè)計(jì)。多遇地震作用下,樁、承臺(tái)、墩柱、蓋梁和其余構(gòu)件處于彈性狀態(tài);設(shè)防地震作用下,樁、承臺(tái)、墩柱、蓋梁處于彈性狀態(tài),其余構(gòu)件正截面不屈服、斜截面彈性;罕遇地震作用下,樁、承臺(tái)、墩柱、蓋梁滿足正截面不屈服、斜截面彈性,其余構(gòu)件允許進(jìn)入塑性控制整體結(jié)構(gòu)變形。

        1 工程概況

        本工程為某城市站橋合建的單排柱車站結(jié)構(gòu),大致分為軌道層、站臺(tái)層、雨棚結(jié)構(gòu)層的三層框架結(jié)構(gòu)。底部軌道層由6根矩形鋼管混凝土墩柱,矩形鋼管混凝土梁和鋼箱梁組成的蓋梁,連接蓋梁的鋼梁組成;站臺(tái)層和雨棚采用鋼結(jié)構(gòu)??拐鹪O(shè)防烈度為8度;地震基本加速度0.2g;場地類別為Ⅱ類;設(shè)計(jì)地震分組為第二組;設(shè)防類別為乙類;安全等級(jí)為一級(jí)。

        2 帶承臺(tái)樁模型和無承臺(tái)樁模型建模計(jì)算

        帶承臺(tái)樁模型和無承臺(tái)樁模型上部結(jié)構(gòu)完全一致,采用midas gen建模,由于本文只作對(duì)比分析,計(jì)算時(shí)采用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行荷載組合與驗(yàn)算。帶承臺(tái)樁模型建模時(shí)把承臺(tái)按照剛性板不考慮厚度建模,樁采用梁單元建模。帶承臺(tái)樁模型計(jì)算時(shí)需要考慮承臺(tái)和樁周圍土體的水平約束,根據(jù)《公路橋涵地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄P中按m法計(jì)算彈性樁水平位移及作用效應(yīng),計(jì)算出作用于承臺(tái)四角及樁身的彈簧剛度,將承臺(tái)四角、樁施加水平面兩個(gè)方向的彈簧約束,本工程樁底部嵌入中風(fēng)化花崗巖較深,樁底采用完全剛接約束。無承臺(tái)樁模型墩柱底部建到與承臺(tái)交界面,假定承臺(tái)對(duì)墩柱各個(gè)方向完全固結(jié),采用完全剛接約束。模型建好后,兩個(gè)模型分別進(jìn)行模態(tài)分析,多遇地震、設(shè)防地震、罕遇地震分析計(jì)算,提取出模態(tài)分析結(jié)果和不同地震狀況下墩柱底部的最大軸力、繞X軸最大彎矩、繞Y軸向最大彎矩、水平方向最大剪力。壓力為正,拉力為負(fù);軸力、剪力單位kN,彎矩單位kN*m。

        3 帶承臺(tái)樁模型和無承臺(tái)樁模型計(jì)算結(jié)果及分析對(duì)比

        3.1 模態(tài)分析對(duì)比

        帶承臺(tái)樁模型的前六周期分別為0.53,0.45,0.43,0.25,0.23,0.22;無承臺(tái)樁模型前六周期分別為0.49,0.42,0.41,0.21,0.20,0.19。兩個(gè)模型前六階振型基本一致,從兩組數(shù)據(jù)可以看出,帶承臺(tái)樁模型的所對(duì)應(yīng)的周期均比無承臺(tái)樁模型大4%~21%不等,因此可以判定帶承臺(tái)樁模型的整體剛度小于無承臺(tái)樁模型,但相差并不大。

        3.2 多遇地震分析對(duì)比

        兩種不同模型在多遇地震狀況下墩柱底部的最大軸力、繞X軸最大彎矩、繞Y軸最大彎矩、水平方向最大剪力如表1所示。

        從表1中數(shù)據(jù)可以看出,在多遇地震作用下兩種不同模型各個(gè)柱子底部受力差距如下:N最大時(shí),最大軸力基本相同; Mx最大時(shí), 最大值相差較大,帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果大30%左右;My最大時(shí), My最大值相差較大,帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果大,1、6兩個(gè)邊柱大40%左右,其余中柱大48%左右;V最大值,Vx相差較大,帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果大,1、6兩個(gè)邊柱大40%左右,其余中柱大55%左右;Vy相差較大,帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果大,1、6兩個(gè)邊柱大50%左右,其余中柱大38%左右。

        3.3 設(shè)防地震分析對(duì)比

        兩種不同模型在設(shè)防地震狀況下墩柱底部的最大軸力、X向最大彎矩、Y向最大彎矩、水平方向最大剪力如表2所示。

        從表2中數(shù)據(jù)可以看出,在設(shè)防地震作用下兩種不同模型各個(gè)柱子底部受力差距如下:N最大時(shí),帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果稍大,1、6兩個(gè)邊柱大5%左右,其余中柱基本一致; Mx最大時(shí),Mx最大值相差較大,帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果大39%左右;My最大時(shí), My最大值相差較大,帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果大,1、6兩個(gè)邊柱大44%,其余中柱大48%左右;最大剪力Vx相差較大,帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果大,1、6兩個(gè)邊柱大47%,其余中柱大57%;最大剪力Vy相差較大,帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果大,1、6邊柱大55%左右,其余中柱大43%左右。

        3.4 罕遇地震分析對(duì)比

        兩種不同模型在罕遇地震狀況下墩柱底部的最大軸力、繞X軸最大彎矩、繞Y軸最大彎矩、水平方向最大剪力如表3所示。

        從表3中數(shù)據(jù)可以看出,在罕遇地震作用下兩種不同模型各個(gè)柱子底部受力差距如下:N最大時(shí),帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果稍大,6柱大3%左右,其余柱基本一致;Mx最大時(shí),Mx最大值相差較大,帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果大38%左右;My最大時(shí),My值帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果大,1柱大46%,6柱大50%,其余中柱大48%左右;最大剪力Vx相差較大,帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果大,1柱大34%,6柱大50%,其余中柱大57%;最大剪力Vy相差較大,帶承臺(tái)樁模型結(jié)果比無承臺(tái)樁模型結(jié)果大,1、6兩個(gè)邊柱大55%左右,其余中柱大43%左右。

        4 結(jié)論

        通過對(duì)站橋合建的單排柱車站結(jié)構(gòu)帶承臺(tái)樁模型和無承臺(tái)樁模型的對(duì)比分析,得出如下結(jié)論:

        (1)帶承臺(tái)樁模型結(jié)構(gòu)的整體剛度比無承臺(tái)樁模型結(jié)構(gòu)剛度小,但差別不是太大,模型中考慮承臺(tái)樁時(shí)周期有較小影響。

        (2)模型中考慮承臺(tái)樁的作用時(shí),多遇地震、設(shè)防地震、罕遇地震作用下,墩柱底部的最大軸力影響均較小,墩柱底部Mx、My、Vx、Vy影響均較大,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩種計(jì)算模型的不利狀況。

        參考文獻(xiàn):

        [1]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)[S].

        [2]城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [3]跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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