地铁地下车站厚板大开洞结构受力性能分析与优化设计

摘要

随着我国城市化进程的持续推进，各主要大中型城市交通系统均面临巨大的挑战。当前各大城市都在大力修建地铁来缓解日益增加的交通压力。地铁在修建过程中，为了满足施工作业的需要，常在车站主体结构的楼板上预留不同尺寸的洞口，比如铺设铁轨的轨排井，放置盾构机的盾构井，安装设备的设备孔等等。在地下土压力的作用下，地铁车站开洞部分的设计计算与标准的车站结构存在明显的差异，但目前有关地下车站结构的研究大多集中在标准结构的内力变化规律上，对于预留洞口的地铁车站还缺少深入细致的研究。因此有必要对预留大尺寸洞口地下车站的内力性能进行全面分析。 本文以郑州某实体车站的数据为工程背景，利用有限元软件MIDAS/GTS NX建立了三维的地层-结构模型，模型包括支护结构、预留大尺寸洞口地铁车站以及车站周围的土体。通过对车站施工简化步骤的模拟，首先分析了桩排支护体系下支护桩嵌固比、刚度变化以及桩间比，附加荷载，壁柱等对结构受力和变形的影响。其次重点分析了地下连续墙围护体系下，其刚度变化、墙与墙刚度比和梁墙刚度比的改变以及中柱间距密度的增减对结构内力位移的影响。 最后，对开洞结构与标准结构的内力位移变化做了对比分析，找出不利位置，并以此提出了侧墙外扩加肋梁，单柱加固与增设地圈梁的结构布置优化方案。

目录

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地铁地下车站厚板大开洞结构受力性能分析与优化设计

3.6壁柱的影响分析 29

附录三：攻读硕士研究生期间获奖情况 71

1绪论

1.1选题背景和研究意义

1.2研究现状

1.3本文的主要研究工作

2地铁地下车站大开洞结构特点及计算模型概述

2.1工程背景

2.1.1郑州某地铁地下车站预留洞口的布置形式

2.1.2施工阶段荷载

2.1.3工程地质条件

2.2有限元计算程序概述

2.2.1 MIDAS/GTS有限元软件简介

2.2.2论文中相关的材料模型

2.3地下结构计算模型概述

3排桩围护体系下地下车站大开洞结构的内力分析

3.1引言

3.2地层-结构模型的建立

3.2.1实体单元内力计算

3.2.2模型的几何尺寸

3.2.3模型的边界条件

3.2.4材料参数的选取

3.2.5网络划分

3.2.6模型建立过程分析

3.3接触单元分析

3.4支护桩的影响分析

3.4.1支护桩嵌固比的影响

3.4.2支护桩刚度变化的影响

3.4.3支护桩桩间比的影响

3.5附加荷载的影响分析

3.7本章小结

4地下连续墙围护体系下地下车站大开洞结构的内力分析

4.1引言

4.2模型相关参数

4.3地下连续墙的刚度影响分析

4.4地下连续墙与内衬墙刚度比的影响分析

4.4梁墙刚度比的影响分析

4.5柱间距密度影响分析

4.6本章小结

5预留大尺寸洞口地下车站的结构布置方案的优化设计

5.1引言

5.2开洞前后地下车站结构内力对比分析

5.2.1结构模型的建立

5.2.2楼板内力对比分析

5.2.3侧墙内力对比分析

5.2.4梁柱内力对比分析

5.3结构布置方案的优化设计与分析

5.3.1侧墙外扩加肋梁

5.3.2单柱加固

5.3.3增设地圈梁

5.4本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

附录

附录一：攻读硕士研究生期间的研究成果

附录二：攻读硕士研究生期间参与的科研项目

附录三：攻读硕士研究生期间获奖情况