交通運輸職稱范文坑支墩結構側向變形限值探討

　　摘要：目前我國已建成或在建地鐵工程車輛段檢修庫一般設置成混凝土支墩式檢查坑，而支墩結構的側向剛度目前尚無規范對其進行規定和要求。本文通過對框架和剪力墻變形分析，對比分析了混凝土支墩變形特點，提出了混凝土支墩剛度及變形限值建議。

　　關鍵詞：地鐵車輛段,支墩結構,側向剛度

　　0.引言

　　目前我國已建成或在建地鐵工程車輛段運用庫一般按每股道2列位盡端式布置車輛停放和周、月檢，為了車輛技術檢查作業方便，我們習慣性設置成全柱式檢查坑。本文工程由于受到限界限制，柱支墩截面采用200x300mm鋼筋混凝土柱，橫向設300x200mm鋼筋混凝土梁，從而形成門式支撐。檢查坑內凈距1100mm，外尺寸1500mm。按0.913m及1.826m布置柱位。局部設置2400mm短軌枕。一般坑深1.4m(如下圖示)。

　　1.混凝土支墩結構的側向剛度目前尚無規范對其進行規定和要求

　　民用建筑結構中對結構和構件的側向剛度有明確規定，如：《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2010)中3.7.3條(抗震設計規范也有相同的要求)。

　　規范規定此限值目的是在側向力作用下，防止填充墻和混凝土構件開裂破壞。這條規定針對的對象是結構整體，而非構件，車輛段檢查坑內支墩混凝土柱套用這條規定，可能會存在問題，本文為此進行初步分析與探討。下圖為高規對結構變形規定限值：

　　2.對于框架結構，在側向力作用情況下，框架梁柱的變形主要是剪切變形，剪力墻的變形主要是彎曲變形，框架剪力墻變形介于上述兩者之間。

　　3.分析混凝土獨立柱在兩種簡圖模式下的效應：

　　由于車輛及檢修要求限制，假設混凝土支墩截面尺寸200x300mm

　　對混凝土獨立柱進行受力分析，兩種簡圖模式下柱頂的側向位移為10mm。

　　從計算結果可知，當考慮混凝土的脆性，在混凝土構件變形過大時，結果的差別非常大，彎矩及柱底剪力會相差一倍。說明在變形過大時，實際上混凝土構件已經損傷了，剛度降低，內力也會產生變化。這一現象在2010版建筑抗震設計規范有明確要求，明確在混凝土構件變形過大時，要考慮截面剛度的折減。

　　混凝土獨立柱轉角-彎矩曲線(考慮混凝土脆性在橫坐標0.00025之前，兩條曲線的斜率相同，說明此時混凝土柱截面處于彈性階段，在0.00025之后，曲線出現拐點，斜率降低，說明混凝土柱出現脆性，剛度降低。

　　當柱頂位移都在10mm時，簡圖1的轉角可以達到0.002，而簡圖2的轉角僅達到0.001，說明剪切變形混凝土柱的變形性能要比彎曲變形更大。

　　左側圖的裂縫主要集中在柱底左側和柱頂右側區域，由于柱身存在反彎點，在柱端處彎矩的變化率大，因此裂縫主要集中在柱端，并且裂縫開展的也比較大。

　　右側圖彎矩變化率沿整個柱身變化很小，因此裂縫沿柱受拉區分布開展的比較均勻，呈水平狀微小裂縫。

　　4.側向位移限值的探討：

　　該地鐵運用庫混凝土支墩結構的受力情況，比較接近于簡圖2，雖然柱頂處存在F型導軌的連接，但F型導軌的抗彎剛度過于弱，近似不考慮它的有利作用。

　　對支墩側向位移的限制，有三種看法：

　　①如果將混凝土立柱視為豎向的懸臂構件，可以采用懸臂梁的梁端撓度限值來限制柱頂的側向位移。但混凝土設計規范對懸臂構件的要求是采用撓度和裂縫進行“雙控”，這樣一般能夠保證截面高度和受拉區鋼筋的配置不會過少。如果僅采用撓度一項限值來控制，會產生問題。

　　將混凝土支墩視作懸臂構件也存在兩點疑慮，支墩配筋形式主要還是按照柱配筋構造進行配置，而非按照梁的配筋構造;當出現制動情況時，列車自重是作用在支墩上的，所以支墩其實是壓彎構件而非純彎構件。

　　②將混凝土支墩視為結構中的立柱，套用前面層間位移角的限值來限制支墩的側向位移。混凝土設計規范對結構立柱主要是提出了層間位移角的控制，這個控制限值要比懸臂梁的控制限值嚴格，即“單控”。目的是通過加大控制限值省去其他額外計算來簡化并確保柱的截面和配筋量不至于過少。

　　通過前面的計算可以發現，簡圖1是多次超靜定結構，而簡圖2是靜定結構，簡圖1的塑性發展區域主要集中在柱端，而且又是超靜定結構，其變形能力要強于簡圖2，后者的塑性發展區域分布的比較廣。所以規范對于框架結構的層間位移角要求是比剪力墻結構的要求適當放寬的。

　　從上面分析來類比，混凝土支墩的柱頂側向位移限值是應該滿足簡圖2的層間位移角要求即1/1000，這個限值可能過于嚴格，經本文分析認為至少要滿足1/550，盡量能達到1/800為宜。

　　③由于有地鐵列車荷載，我們還對比分析了鐵路橋涵基本設計規范墩頂的側移限值。鐵路橋涵針對的是大尺度橋墩進行規定，對于小尺度支墩而言并不合適，故未按鐵路橋涵基本設計規范要求進行計算。

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