装配整体式地铁车站预制拼装节点抗震性能研究

The development and utilization of urban underground space is the main way to achieve sustainable urban development, but the seismic design specifications are still in a blank stage. The main difference between the precast structure and the cast-in-place structure is the connection problem between the prefabricated members. The safety performance of the joint is the key to affect the overall seismic performance of the station. Based on the existing physical model test of the precast sidewall joints connected with the grouted sleeve in the assembled monolithic subway station, this project uses three-dimensional nonlinear numerical analysis method for multi-parameter analysis. The seismic performance of sidewall of three different seam shapes and seven different joint heights were researched. The simplified processing method and mechanical analysis model in connecting regions of grouted sleeve and different shapes and position, which could reveal to the failure mechanism of precast joints and the influence of alternating stiffness of joints on the seismic behavior and crack width. Based on the stress characteristics of underground structures, the optimal shape and position of the assembled seam for the underground structure and the design parameter correction method considering the influence of assembled seam shape and position on the seismic behavior are proposed, which could lay the foundation for the application of precast structures in underground engineering.

装配式结构逐渐应用于地下工程中，但其抗震性能及设计规范研究不充分。装配式结构与现浇整体结构的主要区别在于预制构件之间的连接，其接头的安全性能是影响车站整体抗震性能的关键。本项目以装配整体式地铁车站灌浆套筒连接的侧墙底节点为研究对象，基于已有物理模型试验，采用三维非线性数值方法进行多参数分析，开展三种不同拼接缝形状以及七组不同拼接高度的节点抗震性能研究，建立灌浆套筒和不同形状及高度的拼接缝连接区域的简化处理方法和力学分析模型，揭示预制拼装节点的破坏机理以及接头刚度强弱交替变化对构件抗震性能和裂缝宽度的影响规律。基于地下结构的受力特点，提出地下结构最适宜的拼装缝形状和拼装位置以及完善考虑拼接形状和位置的预制拼装节点的设计参数修正方法，为装配式结构在地下工程中的应用奠定基础。

装配式地下结构的建造技术是实现地下结构建筑工业化的重要手段。然而，装配式地下结构的抗震性能是影响预制拼装技术在地下结构中应用的难点，并且装配式结构的抗震性能主要取决于节点连接处的力学性能。本项目以装配整体式地铁车站为背景，在钢筋套筒灌浆连接接头和预制构件抗震性能试验的基础上，研究灌浆套筒、拼接缝形状以及拼装缝高度对预制拼装节点抗震性能的影响规律。重点开展了灌浆套筒连接节点的等效力学分析模型、多参数对预制构件力学性能的耦合影响以及装配式构件不同受力状态的影响修正方法三个层面内容的研究。基于灌浆套筒接头的单轴拉伸试验、高应力反复拉压试验结果以及预制构件的抗震性能分析，建立了灌浆套筒及拼接缝连接区域的简化处理方法和力学分析模型；建立灌浆套筒连接预制构件的宏细观数值分析模型，开展了不同拼接缝形状、不同拼接缝高度以及不同轴压比等参数对连接节点抗弯、抗压以及抗扭等性能的影响分析，揭示灌浆套筒和拼接缝等因素对预制拼装区域变形的影响规律；从裂缝开展、承载力、变形的角度，提出了地下结构的预制拼装节点最适宜的拼装形状及拼装位置。建立考虑灌浆套筒刚度增强和拼接缝削弱作用的灌浆套筒连接预制构件的恢复力模型，并修正了节点核心区与预制梁的连接方式、灌浆套筒与拼接缝的位置对梁柱节点、压弯构件承载力及延性系数的影响。