明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索?拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索?拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)，包括：邊墻，設(shè)置在地鐵通道的兩側(cè)；拱梁，為弧形結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩側(cè)的邊墻支撐在地鐵通道的頂端，跨度至少為20米；頂板，為弧形結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述拱梁的上部，用于封閉地鐵通道的頂部；預(yù)應(yīng)力索，設(shè)置在所述拱梁的下方，用于連接所述拱梁的兩個(gè)拱腳，以對(duì)所述拱腳施加一個(gè)水平拉力。本發(fā)明中，拱梁可以承受外載荷與自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力，而預(yù)應(yīng)力索通過(guò)施加應(yīng)力則進(jìn)一步使拱梁失高變大，充分發(fā)揮混凝土材料受壓的特點(diǎn)，該聯(lián)合結(jié)構(gòu)受力明確合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可修復(fù)、施工方便可行等優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮兩種構(gòu)件材料的抗力特點(diǎn)，達(dá)到在地下結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)大跨度結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及地下工程的管廊建設(shè)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種利用明挖法建設(shè)大跨度地 鐵地下車(chē)站，同時(shí)可延長(zhǎng)使用年限的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 地鐵車(chē)站按照施工方法可分為明挖法、蓋挖法、暗挖法和盾構(gòu)法施工的車(chē)站結(jié)構(gòu)。
[0003] 就明挖法設(shè)計(jì)的地鐵車(chē)站通用的框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，拱梁采用正常平梁、板的結(jié)構(gòu)形 式，結(jié)構(gòu)若要形成無(wú)柱的大跨度，則對(duì)于22m跨的明挖法地下結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，拱梁內(nèi)部施加應(yīng)力 筋，其高度仍然超過(guò)1.8m;尺寸太大，相當(dāng)于占掉1/4的空間，并且自重較大，跨中曉度如果 較大則會(huì)產(chǎn)生裂縫，而且應(yīng)力筋隨時(shí)間的增長(zhǎng)損失便會(huì)加大，無(wú)法保證結(jié)構(gòu)的持續(xù)安全度， 如此沒(méi)有最大限度發(fā)揮混凝±的抗壓和鋼筋鋼索的抗拉性能，施工的工期也長(zhǎng)、工序復(fù)雜， 此外，該結(jié)構(gòu)在視覺(jué)上也給人W壓抑的感覺(jué)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種適用于大跨度地鐵明挖車(chē)站使用的拱-索聯(lián)合結(jié)構(gòu)。
[0005] 特別地，本發(fā)明提供明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)，包 括：
[0006] 邊墻，設(shè)置在地鐵通道的兩側(cè)；
[0007] 拱梁，為弧形結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩側(cè)的邊墻支撐在地鐵通道的頂端，跨度至少為20米；
[000引頂板，為弧形結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述拱梁的上部，用于封閉地鐵通道的頂部；
[0009] 預(yù)應(yīng)力索，設(shè)置在所述拱梁的下方，用于連接所述拱梁的兩個(gè)拱腳，W對(duì)所述拱腳 施加一個(gè)水平拉力。
[0010] 進(jìn)一步地，所述預(yù)應(yīng)力索的兩端分別固定在預(yù)埋在拱腳內(nèi)的錯(cuò)錠上，所述錯(cuò)錠為 錐形體，在錯(cuò)錠上設(shè)置有由錐尖垂直穿過(guò)錐底的貫穿孔，兩側(cè)所述邊墻上的兩個(gè)錯(cuò)錠的錐 尖一端相對(duì)。
[0011] 進(jìn)一步地，在所述錯(cuò)錠的錯(cuò)底一面設(shè)置有提高所述預(yù)應(yīng)力索受力強(qiáng)度的承壓板。
[0012] 進(jìn)一步地，所述拱梁有多個(gè)且間隔地分布，相鄰所述拱梁之間的距離至少為3米。
[0013] 進(jìn)一步地，所述拱梁與所述邊墻為一體式現(xiàn)誘構(gòu)成或分開(kāi)誘筑構(gòu)成。
[0014] 進(jìn)一步地，所述預(yù)應(yīng)力索設(shè)置有1~2道。
[0015] 進(jìn)一步地，在所述拱腳內(nèi)固定所述預(yù)應(yīng)力索的貫穿孔周邊，設(shè)置有安裝備用預(yù)應(yīng) 力索的備用貫穿孔，所述備用貫穿孔設(shè)置有1~3個(gè)且圍繞所述貫穿孔對(duì)稱(chēng)分布。
[0016] 進(jìn)一步地，所述預(yù)應(yīng)力索的拉力采用下式計(jì)算：
[0017]
[0018] 其中，T為預(yù)應(yīng)力索的拉力，q為拱梁荷載設(shè)計(jì)值，i為跨度，f為失高，E、I為拱梁的 彈模和截面慣性矩，El、Ii為索的彈模和截面慣性矩。
[0019] 進(jìn)一步地，所述拱梁的彎矩采用下式計(jì)算：
[0020]
[0021]
[0022] o《〇.8ft
[0023] 其中，M為拱頂彎矩計(jì)算值，W為拱梁截面抵抗矩，b為拱梁高度的一半，ft為混凝± 抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，0.8為折減系數(shù)，0為拱梁上邊緣混凝±拉應(yīng)力。
[0024] 本發(fā)明中，拱梁可W承受外載荷與自重產(chǎn)生的壓應(yīng)力，而預(yù)應(yīng)力索通過(guò)施加應(yīng)力 則進(jìn)一步使拱梁失高變大，充分發(fā)揮混凝±材料受壓的特點(diǎn)，該聯(lián)合結(jié)構(gòu)受力明確合理，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、可修復(fù)、施工方便可行等優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮兩種構(gòu)件材料的抗力特點(diǎn)，達(dá)到在地下結(jié) 構(gòu)(地鐵車(chē)站為主）中實(shí)現(xiàn)大跨度結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。
[0025] 采用拱梁結(jié)構(gòu)后，可W降低梁高，減輕自重，完全避免采用平梁、板的結(jié)構(gòu)在彎矩 過(guò)大時(shí)，所造成的梁的下緣混凝±拉裂和上緣壓碎的現(xiàn)象。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié) 構(gòu)的徑向截面示意圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例的明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié) 構(gòu)的徑向截面示意圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中錯(cuò)錠的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖4是圖1所示拱梁間隔排列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中備用預(yù)應(yīng)力索的安裝位置示意圖；
[0031 ]圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中備用預(yù)應(yīng)力索的另一安裝位置示意圖；
[0032] 圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中備用預(yù)應(yīng)力索的再一安裝位置示意圖；
[0033] 圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中備用預(yù)應(yīng)力索的又一安裝位置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 如圖1所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián) 合結(jié)構(gòu)一般性地包括，設(shè)置在地下通道內(nèi)用于支撐防止側(cè)壁±石塌陷的邊墻30,設(shè)置在地 下通道的最頂端W承接上方荷載的頂板10,通過(guò)兩側(cè)的邊墻30支撐在頂板10下方的拱梁 20,和設(shè)置在拱梁20的下方用于連接拱梁20的拱腳W對(duì)拱腳施加一個(gè)水平拉力的預(yù)應(yīng)力索 40。
[0035] 本實(shí)施例的方案能夠降低梁高，減輕自重，預(yù)應(yīng)力索40可使拱梁20失高變大，發(fā)揮 混凝±的受壓性能，承擔(dān)更大的壓力，完全避免現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)采用平梁、板的結(jié)構(gòu)在彎矩 過(guò)大時(shí)，所造成平梁的下緣混凝±拉裂或上緣壓碎的現(xiàn)象。
[0036] 本實(shí)施例采用預(yù)應(yīng)力索+拱梁的聯(lián)合結(jié)構(gòu)，充分利用混凝±受壓與預(yù)應(yīng)力索40受 拉的材料特點(diǎn)，由拱梁20通過(guò)頂板10承受外力及混凝±自重，拱梁20通過(guò)頂板10來(lái)調(diào)節(jié)承 受的內(nèi)力，使拱梁20基本上只受壓應(yīng)力，既使有拉應(yīng)力也很小，完全滿(mǎn)足混凝±抗拉強(qiáng)度的 要求，而結(jié)構(gòu)中外載產(chǎn)生的拉應(yīng)力完全由預(yù)應(yīng)力索40來(lái)承受，使的跨度至少可W大于20米。
[0037] 針對(duì)不同的施工空間條件與有關(guān)要求，采用明確的計(jì)算方法，可W設(shè)計(jì)出拱梁20 合理的拱高及與預(yù)應(yīng)力索40配置的最優(yōu)方案。本實(shí)施例能夠提高占地面積利用率、提供更 大的空間和舒適度、降低造價(jià)、縮短施工工期，實(shí)現(xiàn)大跨度等要求。
[0038] 本實(shí)施例中的預(yù)應(yīng)力索40可W采用鋼絞線(xiàn)、高強(qiáng)度鋼材和非金屬材料構(gòu)成。此外， 拱梁20與預(yù)應(yīng)力索40之間的空間還可W用于安裝輕型設(shè)備，如管路線(xiàn)路等，W充分利用拱 結(jié)構(gòu)上部的空間。
[0039] 如圖3所示，進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在固定預(yù)應(yīng)力索40的拱腳內(nèi)預(yù) 埋錐形的錯(cuò)錠50,該錯(cuò)錠50上設(shè)置有由錐尖垂直穿過(guò)錐底的貫穿孔51，同一拱梁20兩側(cè)邊 墻30上的兩個(gè)錯(cuò)錠50的錐尖一端相對(duì)。貫穿孔51穿過(guò)兩側(cè)的邊墻30,然后利用鎖定件54固 定在邊墻30的外側(cè)面。具體預(yù)應(yīng)力索40安裝位置可W與相應(yīng)拱梁20的中屯、軸線(xiàn)位置對(duì)應(yīng)。 此外，為提高預(yù)應(yīng)力索40的固定強(qiáng)度，可W在邊墻30的外側(cè)面的預(yù)應(yīng)力索40穿過(guò)處，設(shè)置提 高受力面積的承壓板52。承壓板52上可W設(shè)置與貫穿孔51對(duì)應(yīng)的通孔，預(yù)應(yīng)力索40同時(shí)穿 過(guò)邊墻30的貫穿孔51和承壓板52的通孔，再利用鎖定件54進(jìn)行鎖定。為提高拱梁20的強(qiáng)度， 該拱梁20與邊墻30可W是一體式現(xiàn)誘構(gòu)成。也可W采用如圖2所示的分開(kāi)誘筑結(jié)構(gòu)。具體預(yù) 應(yīng)力索40的數(shù)量可W根據(jù)拱梁20的長(zhǎng)度設(shè)置1~2道。
[0040] 如圖4所示，進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，為均勻分擔(dān)頂板10所受的壓力， 該拱梁20可W設(shè)置多個(gè)，且各拱梁20間隔地分布在地下通道的頂部，相鄰拱梁20之間的距 離至少為3米。
[0041] 如圖5-8所示，進(jìn)一步地，為在預(yù)應(yīng)力索40出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能夠及時(shí)更換，在本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例中，可W在拱腳固定預(yù)應(yīng)力索40的貫穿孔51周邊，設(shè)置安裝備用預(yù)應(yīng)力索的備 用貫穿孔53,該備用貫穿孔53可W設(shè)置1~3個(gè)且圍繞貫穿孔51對(duì)稱(chēng)分布。當(dāng)預(yù)應(yīng)力索40在 使用一定年限而出現(xiàn)損傷時(shí)，可W利用備用貫穿孔53安裝備用預(yù)應(yīng)力索，將拱梁20施加的 拉力轉(zhuǎn)移到備用預(yù)應(yīng)力索上，然后對(duì)原預(yù)應(yīng)力索40進(jìn)行更換，更換完畢后，再取下備用預(yù)應(yīng) 力索。本實(shí)施例的可修復(fù)性的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，能夠在預(yù)應(yīng)力索40有損傷或者應(yīng)力損失過(guò)大而不 滿(mǎn)足要求時(shí)，立即啟用備用預(yù)應(yīng)力索。由于地下結(jié)構(gòu)是百年工程，需要充分考慮在應(yīng)力損失 較大時(shí)，和遇到突發(fā)特殊荷載作用下，本結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的快速換索進(jìn)行修復(fù)，使地鐵車(chē) 站能夠繼續(xù)進(jìn)行工作，而且修復(fù)是在保證地鐵車(chē)站正常工作的情況下進(jìn)行的，完全不耽誤 地鐵的正常運(yùn)行。
[0042] 其中，圖5中，上方兩個(gè)貫穿孔51安裝兩條正常使用的預(yù)應(yīng)力索40,而下方的兩個(gè) 為備用貫穿孔53,用于在上方的預(yù)應(yīng)力索40出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，安裝臨時(shí)的備用預(yù)應(yīng)力索。圖6中， 僅安裝一條預(yù)應(yīng)力索40,上方為固定預(yù)應(yīng)力索40的貫穿孔51，而下方兩個(gè)則為備用貫穿孔 53。圖7中，安裝一條預(yù)應(yīng)力索40,兩個(gè)備用貫穿孔53對(duì)稱(chēng)地分布在貫穿孔51的左右兩側(cè)。而 圖8中的預(yù)應(yīng)力索40僅安裝一條，因此，備用貫穿孔53也可W只設(shè)置一個(gè)。
[0043] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，地鐵車(chē)站聯(lián)合結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)體-圍巖的計(jì)算分析，可 W采用有限元程序進(jìn)行計(jì)算分析，同時(shí)也采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化原理，進(jìn)行解析計(jì)算，得到預(yù)應(yīng)力索 40的內(nèi)力、拱梁內(nèi)力與拱梁高度的關(guān)系。
[0044] 該預(yù)應(yīng)力索40的拉力可W采用下式計(jì)算：
[0045]
[0046] 其中，T為預(yù)應(yīng)力索的拉力，q為拱梁荷載設(shè)計(jì)值，i為跨度，f為失高，E、I為拱梁的 彈模和截面慣性矩，El、Ii為索的彈模和截面慣性矩。
[0047] 通過(guò)上述參數(shù)即可W確認(rèn)當(dāng)前地下坑道所使用的預(yù)應(yīng)力索基本滿(mǎn)足的條件。
[004引進(jìn)一步地，在采用前述預(yù)應(yīng)力索40的條件下，該拱梁20的彎矩可W采用下式計(jì)算：
[0049]
[(K)加 ]
[0051] o《〇.8ft
[0052] 其中，M為拱頂彎矩計(jì)算值，W為拱梁截面抵抗矩，b為拱梁高度的一半，ft為混凝± 抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，0.8為折減系數(shù)，0為拱梁上邊緣混凝±拉應(yīng)力。
[0053] 通過(guò)上述公式，利用地鐵車(chē)站已知的各種參數(shù)，即可得到拱梁20的失高及承壓情 況。
[0054] 至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)示 例性實(shí)施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接 確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn) 定為覆蓋了所有運(yùn)些其他變型或修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括： 邊墻，設(shè)置在地鐵通道的兩側(cè)； 拱梁，為弧形結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩側(cè)的邊墻支撐在地鐵通道的頂端，跨度至少為20米； 頂板，為弧形結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述拱梁的上部，用于封閉地鐵通道的頂部； 預(yù)應(yīng)力索，設(shè)置在所述拱梁的下方，用于連接所述拱梁的兩個(gè)拱腳，以對(duì)所述拱腳施加 一個(gè)水平拉力。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)，其特 征在于， 所述預(yù)應(yīng)力索的兩端分別固定在預(yù)埋在拱腳內(nèi)的錨錠上，所述錨錠為錐形體，在錨錠 上設(shè)置有由錐尖垂直穿過(guò)錐底的貫穿孔，兩側(cè)所述邊墻上的兩個(gè)錨錠的錐尖一端相對(duì)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)，其特 征在于， 在所述錨錠的錨底一面設(shè)置有提高所述預(yù)應(yīng)力索受力強(qiáng)度的承壓板。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)，其特 征在于， 所述拱梁有多個(gè)且間隔地分布，相鄰所述拱梁之間的距離至少為3米。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)，其特 征在于， 所述拱梁與所述邊墻為一體式現(xiàn)澆構(gòu)成或分開(kāi)澆筑構(gòu)成。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)，其特 征在于， 所述預(yù)應(yīng)力索設(shè)置有1~2道。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)，其特 征在于， 在所述拱腳內(nèi)固定所述預(yù)應(yīng)力索的貫穿孔周邊，設(shè)置有安裝備用預(yù)應(yīng)力索的備用貫穿 孔，所述備用貫穿孔設(shè)置有1~3個(gè)且圍繞所述貫穿孔對(duì)稱(chēng)分布。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)，其特 征在于， 所述預(yù)應(yīng)力索的拉力采用下式計(jì)算：其中，T為預(yù)應(yīng)力索的拉力，q為拱梁荷載設(shè)計(jì)值，i為跨度，f?為失高，E、I為拱梁的彈模 和截面慣性矩，Ei、I i為索的彈模和截面慣性矩。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的明挖地鐵車(chē)站無(wú)柱大跨度可修復(fù)預(yù)應(yīng)力索-拱聯(lián)合結(jié)構(gòu)，其特 征在于， 所述拱梁的彎矩采用下式計(jì)算：0彡0.8ft其中，M為拱頂彎矩計(jì)算值，W為拱梁截面抵抗矩，b為拱梁高度的一半，ft為混凝土抗拉 強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，〇. 8為折減系數(shù)，〇為拱梁上邊緣混凝土拉應(yīng)力。
【文檔編號(hào)】E04B7/14GK106049661SQ201610369629
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】康富中, 孟達(dá), 宮劍飛
【申請(qǐng)人】建研地基基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司