留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

半预制装配式地下车站侧墙底节点抗震性能试验研究

冯帅克 郭正兴 刘毅 潘清 徐军林 汪国良 邢琼

冯帅克, 郭正兴, 刘毅, 潘清, 徐军林, 汪国良, 邢琼. 半预制装配式地下车站侧墙底节点抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2023, 40(2): 190-201, 212. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.08.0655
引用本文: 冯帅克, 郭正兴, 刘毅, 潘清, 徐军林, 汪国良, 邢琼. 半预制装配式地下车站侧墙底节点抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2023, 40(2): 190-201, 212. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.08.0655
FENG Shuai-ke, GUO Zheng-xing, LIU Yi, PAN Qing, XU Jun-lin, WANG Guo-liang, XING Qiong. EXPERIMENTAL STUDY ON THE SEISMIC PERFORMANCE OF JOINTS BETWEEN SIDEWALLS AND FLOORS IN PARTIALLY PREFABRICATED SUBWAY STATION[J]. Engineering Mechanics, 2023, 40(2): 190-201, 212. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.08.0655
Citation: FENG Shuai-ke, GUO Zheng-xing, LIU Yi, PAN Qing, XU Jun-lin, WANG Guo-liang, XING Qiong. EXPERIMENTAL STUDY ON THE SEISMIC PERFORMANCE OF JOINTS BETWEEN SIDEWALLS AND FLOORS IN PARTIALLY PREFABRICATED SUBWAY STATION[J]. Engineering Mechanics, 2023, 40(2): 190-201, 212. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.08.0655

半预制装配式地下车站侧墙底节点抗震性能试验研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.08.0655
基金项目: 江苏省住建厅科技项目(2019ZD139);国家重点研发计划项目(2016YFC0701703);中国铁建股份有限公司2020年度科研计划课题项目(2020-B16)
详细信息
    作者简介:

    冯帅克(1993−),男,山东威海人,博士生,主要从事装配式混凝土结构研究(E-mail: fsk@seu.edu.cn)

    刘 毅(1980−),男,湖南湘潭人,高工,博士,主要从事设计管理与装配式建筑方面的研究(E-mail: liuy@wxmetro.net)

    潘 清(1970−),男,江苏无锡人,高工,硕士,主要从事设计管理与项目策划方面的研究(E-mail: panq@wxmetro.net)

    徐军林(1973−),男,湖南益阳人,高工,硕士,主要从事地下结构及岩土工程方面的研究(E-mail: 13871022860@189.cn)

    汪国良(1989−),男,安徽安庆人,高工,博士,主要从事地下结构及岩土工程方面的研究(E-mail: 624096029@qq.com)

    邢 琼(1986−),女,河北邯郸人,博士,主要从事装配式地下车站结构方面的研究(E-mail: xingqiong.cug@163.com)

    通讯作者:

    郭正兴(1956−),男,江苏南通人,教授,博士,博导,主要从事装配式混凝土结构研究(E-mail: guozx195608@126.com)

  • 中图分类号: TU375;U231+.4

EXPERIMENTAL STUDY ON THE SEISMIC PERFORMANCE OF JOINTS BETWEEN SIDEWALLS AND FLOORS IN PARTIALLY PREFABRICATED SUBWAY STATION

  • 摘要: 针对半预制装配式地下车站结构,提出一种新型的车站外侧墙与底板连接节点,该节点通过车站单侧半预制墙板与底板伸出的竖向U型钢筋搭接连接来实现侧墙与底板间的内力传递。为研究该节点的抗震性能,结合实际工程设计制作了3个连接区位置各不相同的足尺预制拼装节点试件和1个现浇对比节点试件。以拟静力试验为基础,结合有限元分析,研究了节点的破坏形态、承载能力、滞回性能以及U型筋搭接连接的传力性能。研究表明:U型钢筋的搭接连接能够有效传递钢筋应力;预制拼装节点在其连接区内可能出现U型筋弯弧内部混凝土的压碎破坏以及U型筋弯弧段的断裂破坏,两种破坏形态均始于钢筋与混凝土之间的粘结退化;将U型筋搭接连接区设置于车站侧墙的腋板加强段,可以使预制拼装节点呈现出与现浇节点基本相同的承载能力、破坏形态以及滞回性能;在保证不出现钢筋粘结失效的前提下,设置于腋板加强段之外的U型筋搭接连接区可以有效提高节点的抗剪承载力。
  • 图  1  半预制装配式地下车站侧墙节点

    Figure  1.  Sidewall joint of partially precast subway station

    图  2  车站结构计算简图

    Figure  2.  Calculation diagram of subway station

    图  3  试件构造示意图 /mm

    Figure  3.  Configurations of the specimens

    图  4  试件制作

    Figure  4.  Construction process of the specimens

    图  5  加载装置 /mm

    Figure  5.  Test setup

    图  6  钢筋应变测点布置示意图 /mm

    Figure  6.  Locations of bar strain gauges

    图  7  试件破坏形态

    Figure  7.  Failure modes of specimens

    图  8  试件最终裂缝分布

    Figure  8.  Final crack distribution of specimens

    图  9  试件PSJ1连接区钢筋应变发展

    Figure  9.  Reinforcement strain distribution of the connection in Specimen PSJ1

    图  10  屈服钢筋的应变发展

    Figure  10.  Strain development of the yielding reinforcements

    11  荷载-位移滞回曲线

    11.  Load-displacement hysteretic loops

    图  12  荷载-位移骨架曲线

    Figure  12.  Load-displacement skeleton curves

    图  13  试件耗能能力

    Figure  13.  Energy dissipation capacity of specimens

    图  14  试件割线刚度退化曲线

    Figure  14.  Secant stiffness degradation curves of specimens

    图  15  数值分析模型示意图

    Figure  15.  Schematic diagram of numerical model

    16  试件塑性应变分布图

    16.  Plastic strain contours of specimens

    17  试验与有限元骨架曲线对比

    17.  Comparison of skeleton curves between test and FEA results

    表  1  承载力理论计算值

    Table  1.   Theoretical value of loads

    试件
    编号
    正向受弯
    承载力Mu,p/
    (kN·m)
    反向受弯
    承载力Mu,n/
    (kN·m)
    抗剪
    承载力
    Vu/kN
    正向极限
    荷载Pu,p/kN
    反向极限
    荷载Pu,n/kN
    PSJ12535.4834.0711.4711.4428.1
    PSJ22535.4834.0684.8684.8382.6
    PSJ32535.4834.0684.8684.8325.5
    SJ12535.4834.0654.1654.1297.9
    下载: 导出CSV

    表  2  钢筋力学性能

    Table  2.   Material properties of reinforcements

    直径
    d/mm
    屈服强度
    fy/(N/mm2)
    极限强度
    fu/(N/mm2)
    弹性模量、
    Es/GPa
    屈服应变
    εy/με
    伸长率
    δ/(%)
    10455550203224118.0
    20440630203216722.0
    25435615200217522.5
    32460645201228927.0
    下载: 导出CSV

    表  3  试验结果

    Table  3.   Test results of specimens

    试件加载
    方向
    开裂荷载
    Pcr/kN
    开裂位移
    Δcr/mm
    峰值荷载
    Pmax/kN
    极限位移
    Δmax/mm
    屈服荷载
    Py/kN
    屈服位移
    Δy/mm
    初始割线刚度
    Sj,max/(kN/mm)
    延性
    系数μ
    破坏形态
    PSJ1 正向 98.1 2.5 631.8 52.6 42.5 1.2 U型筋弯弧处钢筋断裂
    反向 66.2 2.5 417.9 52.6 417.9 45.1 34.2
    PSJ2 正向 105.0 2.5 594.0 60.1 44.5 1.6 U型筋弯弧内部混凝土压碎
    反向 82.0 2.5 415.4 60.1 384.4 37.5 40.3
    PSJ3 正向 119.8 2.5 654.9 52.4 48.4 1.7 墙身剪切破坏
    反向 91.5 2.5 348.3 52.5 332.1 30.1 45.2
    SJ1 正向 80.5 2.5 664.1 52.5 34.2 1.7 墙身剪切破坏
    反向 87.1 2.5 315.0 52.6 290.2 30.1 39.8
    下载: 导出CSV

    表  4  试验与有限元分析结果对比

    Table  4.   Comparison of test and FEA results.

    试件加载方向峰值荷载
    试验值Pmax/kN
    峰值荷载
    模拟值Pmax, t/kN
    荷载比
    Pmax, t/Pmax
    PSJ1正向631.8798.41.26
    反向417.9488.31.17
    PSJ2正向594.0786.81.32
    反向415.4455.11.10
    PSJ3正向654.9684.21.04
    反向348.3374.31.07
    SJ1正向664.1682.01.03
    反向315.0301.40.96
    下载: 导出CSV
  • [1] 赖永标, 王梦恕, 油新华, 等. 隧道与地下工程支护预制技术综述与展望[J]. 建筑技术开发, 2015, 42(1): 24 − 28. doi: 10.3969/j.issn.1001-523X.2015.01.006

    LAI Yongbiao, WANG Mengshu, YOU Xinhua, et al. Overview and outlook for protection and prefabrication techniques of tunnel and underground projects [J]. Building Technique Development, 2015, 42(1): 24 − 28. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-523X.2015.01.006
    [2] 杨秀仁, 黄美群, 林放. 地铁车站预制装配式结构注浆式榫槽接头弯曲抵抗作用特性研究[J]. 土木工程学报, 2020, 53(2): 33 − 40.

    YANG Xiuren, HUANG Meiqun, LIN Fang. Research on bending resistance characteristics of grouted mortise-tenon joints for prefabricated metro station structures [J]. China Civil Engineering Journal, 2020, 53(2): 33 − 40. (in Chinese)
    [3] 杨秀仁, 林放, 黄美群. 地铁车站预制装配式结构注浆式单榫长接头抗弯承载性能试验研究[J]. 土木工程学报, 2020, 53(4): 111 − 118.

    YANG Xiuren, LIN Fang, HUANG Meiqun. Research on flexural bearing capability of long grouted singlemortise-tenon joints for prefabricated metro station structures [J]. China Civil Engineering Journal, 2020, 53(4): 111 − 118. (in Chinese)
    [4] 杜修力, 刘洪涛, 路德春, 等. 装配整体式地铁车站侧墙底节点抗震性能研究[J]. 土木工程学报, 2017, 50(4): 38 − 47.

    DU Xiuli, LIU Hongtao, LU Dechun, et al. Study on seismic performance of sidewall joints in assembled monolithic subway station [J]. China Civil Engineering Journal, 2017, 50(4): 38 − 47. (in Chinese)
    [5] LIU H T, XU C S, DU X L. Seismic response analysis of assembled monolithic subway station in the transverse direction [J]. Engineering Structures, 2020, 219: 110970. doi: 10.1016/j.engstruct.2020.110970
    [6] 刘洪涛, 闫秋实, 杜修力. 钢筋混凝土框架梁柱节点灌浆套筒连接抗震性能研究[J]. 建筑结构学报, 2017, 38(9): 54 − 61.

    LIU Hongtao, YAN Qiushi, DU Xiuli. Study of seismic performance of reinforced concrete frame beam-column joints connected with grouted sleeves [J]. Journal of Building Structures, 2017, 38(9): 54 − 61. (in Chinese)
    [7] 朱张峰, 郭正兴. 装配式短肢剪力墙低周反复荷载试验[J]. 工程力学, 2013, 30(5): 125 − 130. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.12.0871

    ZHU Zhangfeng, GUO Zhengxing. Low-cyclic reversed load test on new precast concrete short-leg shear wall [J]. Engineering Mechanics, 2013, 30(5): 125 − 130. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.12.0871
    [8] 马军卫, 潘金龙, 尹万云, 等. 灌浆套筒连接全装配式 框架-剪力墙结构抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2017, 34(10): 178 − 187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.06.0475

    MA Junwei, PAN Jinlong, YIN Wanyun, et al. Experimental study on seismic performance of full precast shear wall-frame structures with reinforcement spliced by grout-filled sleeves [J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(10): 178 − 187. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.06.0475
    [9] 朱张峰, 郭正兴. 考虑竖向与水平接缝的工字形装配式混凝土剪力墙抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(3): 139 − 148. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.0048

    ZHU Zhangfeng, GUO Zhengxing. Aseismic experimental research on I-shaped precast concrete shear walls with vertical and horizontal joints [J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(3): 139 − 148. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.0048
    [10] 马福栋, 邓明科, 杨勇. 超高性能混凝土装配整体式框架梁柱节点抗震性能研究[J]. 工程力学, 2021, 38(10): 90 − 102. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0682

    MA Fudong, DENG Mingke, YANG Yong. Seismic experimental study on a UHPC precast monolithic concrete beam-column connection [J]. Engineering Mechanics, 2021, 38(10): 90 − 102. (in Chinese) doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0682
    [11] 张锡治, 张群礼, 高华超, 等. 预制混凝土墙体U型筋搭接连接抗拉承载性能研究[J]. 建筑结构学报, 2021, 42(8): 49 − 58.

    ZHANG Xizhi, ZHANG Qunli, GAO Huachao, et al. Study on tensile behavior of prefabricate concrete wall with U-type reinforcements overlapping connection [J]. Journal of Building Structures, 2021, 42(8): 49 − 58. (in Chinese)
    [12] 焦安亮, 张鹏, 李永辉, 等. 环筋扣合锚接连接预 制剪力墙抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报, 2015, 36(5): 103 − 109.

    JIAO Anliang, ZHANG Peng, LI Yonghui, et al. Experimental study on seismic performance of precast shear wall with ring reinforcement clasp and anchor joint [J]. Journal of building structures, 2015, 36(5): 103 − 109. (in Chinese)
    [13] DING P, TAO L J, YANG X R, et al. Three-dimensional dynamic response analysis of a single-ring structure in a prefabricated subway station [J]. Sustainable Cities and Society, 2019, 45: 271 − 286. doi: 10.1016/j.scs.2018.11.010
    [14] GB 50011−2010, 建筑抗震设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013.

    GB 50011−2010, Code for seismic design of building [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2013. (in Chinese)
    [15] GB 50010−2010, 混凝土结构设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2015.

    GB 50010−2010, Design code of concrete building [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2015. (in Chinese)
    [16] JGJ 1−2014, 装配式混凝土结构技术规程[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2014.

    JGJ 1−2014, Technical specification for precast concrete structures [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2014. (in Chinese)
    [17] GB/T 228. 1−2010, 金属材料拉伸试验第1部分: 室温试验方法[S]. 北京: 中国标准出版社, 2010.

    GB/T 228. 1−2010, Metallic materials : tensile testing : part 1 : method of test at room temperature [S]. Beijing: China Standard Press, 2010. (in Chinese)
    [18] GB 50157−2013, 地铁设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2013.

    GB 50157−2013, Code for design of metro [S]. Beijing: China Planning Press, 2013. (in Chinese)
    [19] HWANG H J, PARK H G, YI W J. Development length of standard hooked bar based on non-uniform bond stress distribution [J]. ACI structural journal, 2017, 114(6): 1637 − 1648.
    [20] GUAN D Z, JIANG C, GUO Z X, et al. Development and seismic behavior of precast concrete beam-to-column connections [J]. Journal of Earthquake Engineering, 2018, 22(2): 234 − 256. doi: 10.1080/13632469.2016.1217807
  • 加载中
图(20) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  156
  • HTML全文浏览量:  37
  • PDF下载量:  28
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-23
  • 录用日期:  2022-03-06
  • 修回日期:  2022-02-15
  • 网络出版日期:  2022-03-06
  • 刊出日期:  2023-02-01

目录

    /

    返回文章
    返回