钢纤维混凝土-钢板组合结构防淹门的试验研究与分析.pdf
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1、 黼 潮 鞴 毒 锵 簿 钢纤维混凝土一 钢板组合结构防淹门 的试验研究与分析 卫中营 李 治 安危 辛佐先 ( 1 上海地空防护设备有限公司, 2 0 0 0 0 2 , 上海; 2 上海市地下空间设计研究总院有限公司, 2 0 0 0 2 0 , 上海第一作者, 工程师) 摘要新研制的防淹门结构采用钢纤维混凝土和钢板的 复合结构形式。采用预制梁载荷试验和三维有限元模拟分 析, 分别对该复合结构的承载力及变形进行了校核。结果表 明, 钢纤维混凝土一 钢板 门扇结构设计合理, 可同时满足人防 荷载和水压力荷载要求, 具有较高的经济效益。 关键词城市轨道交通;防淹门;钢纤维混凝土一 钢板复合 结
2、构;有限元分析 中图分类号T U 9 6 5 On F l o o d g a t e wi t h C o mp o u n d S t r u c t u r e o f S t e e l - f i b e r - c o n c r e t e a nd St e e l Pl a t e W e i Zh o n g y i n g ,L i Zh i ,An W e i ,X i n Zu o x i a n Ab s t r a c t Th e n e wl y d e v e l o p e d f l o o d g a t e a p p l i e d t o u r
3、 b a n r a i l t r a n s i t s y s t e m a d o p t s a c o mp o u n d s t r u c t u r e o f s t e e l f i b e r c o n c r e t e a n d s t e e l p l a t e Th e c a p a c i t y a n d d e f o r m a t i o n o f t h e s t r u c t u r e i s c h e c k e d t h r o u g h t h e l o a d t e s t s o f t h e p r
4、 e c a s t b e a m a n d t h r e e - -d i me n s i o n a l f i ni t e e l e me n t a n a l o g a n a l - y s i s ,t h e e x p e r i me n t r e s u l t s h o ws t h a t t h e c o mp o u n d s t r u c t u r e o f s t e e l - f i b e r - c o n c r e t e a n d s t e e l p l a t e i s r a t i o n a l i n
5、 d e - - s i g n,i t c o u l d me e t b o t h t h e l o a d r e q u i r e me n t s f o r c i v i l a i r d e f e n s e a n d f o r wa t e r p r e s s u r e wi t h r e m a r k a b l e e c o n o mi c be n e f i t s Ke y wo r d s u r b a n r a i l t r a n s i t ; f l o o d g a t e; a c o mp o u n d s t
6、 r u c t u r e o f s t e e 1 f i be r c o n c r e t e a n d s t e e l p l a t e ;f i n i t e e l e me n t a n a l o g a n a l y s i s F i r s t - a u t h o r S a d d r e s s S h a n g h a i U n d e r g r o u n d S p a c e Pr o t e c t i n g E q u i p me n t Co , Lt d , 2 0 0 0 0 2 , S h a n g h a i
7、, Ch i n a 随着 上海城 市轨道 交通 建设 的不 断推进 , 大 量区问隧道工程 需穿越 江河 。由于黄 浦江 、 吴 淞 江等江河 的水位 可能高 于市 区地 面 , 为 防止 突发 灾害发生 时江河 水通过 区 问隧道倒灌 入 市 区, 需 在穿越江河水域的区间隧道两端适 当位置 设置 防 淹 门。同时, 根据 轨道交通工程人 民防空设计规 【 1 范 要求 , 过江( 河) 段两端 的防淹 门宜与正线上 的 防护密闭隔断门合并设置, 合并后的隔断门应进 行人防荷载组合 和水压力荷 载作 用两种工况 的结 构计算分析 。人防荷 载组合包 括空气 冲击波超 压 荷载与水压力荷载组
8、合工况, 同时需考虑人防组 合 的材料强度提高 。水压力荷载工况按材 料的容 许应力为控制因素进行结构计算。最终按两种工 况的包络结果进行设计 。 目前市场上 的防淹门产品采用 钢结构门体, 门 体的厚度较大, 地下二层的标准车站的门体厚度约 为 6 0 0 mm, 地下 三 层 车 站 的 门体 厚 度 达 到 8 0 ( ) mm, 且门体 的人防防护功能较差。若能在 不增加 门体的 自身造价和启 闭质量的前提下 , 大 幅减少 门 体的厚度, 将对车站的土建造价、 车站站台层和站厅 层的设备、 管线布置等带来较大便利 。为此 , 经过反 复论证 , 选用 了高强钢纤维混凝土和钢板的复合结
9、 构型式门体, 将地下二层车站和地下三层车站的防 淹门门体厚度分别降至 2 5 0 mm和 3 0 0 mm。同时, 其防护密闭功能也得到了很大的提升。 由于缺少相关 的规范规程 , 此种超薄高强复合 结构是否可以承受实 际的大荷 载情况 的受力 、 变形 分析, 尤其是两种材料的协同变形 、 接触面的剪力的 传递等, 是研究的重点。本文采用有限元分析和试 验验证两种手段进行分析验证 。 1 门体结构形式与设计参数 为了满足人 防荷载和水压力荷载组合工况, 新 型研制的防淹门结构采用钢纤维混凝土和钢板 的复 合结构形式 , 通过拉结钢筋与钢板焊接保证混凝土 和钢板共同工作l 1 , 钢板既作为
10、模板 , 又作为受力 钢筋 , 可以抵抗板任意方 向的主拉应力 。该结构形 式既减轻了质量又满足了使用要求。 溺 鞴 酒 溷 囊 u T * 11 1 1 1 1 D T S T 1 1 1 1 S t t i c R e s u l t , L 0 一 S o l i d P 3 ) 图6混凝土最大压应力图 3 试 验概 况 3 I 试件概况 在有 限元分析 的基础上, 为检验校核这种复合 结构的承载力及变形特性 , 采用预制梁进行载荷试 验。预制试 验梁 结构 形式 与 防淹 门相 同, 长度 为 4 4 m, 厚度为 2 5 0 mm, 宽度取 0 5 m。预制试验 梁结构及钢筋布置见图
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