CN209891778U

CN209891778U - 一种站台有柱雨棚

Info

Publication number: CN209891778U
Application number: CN201920668771.6U
Authority: CN
Inventors: 杨佑发; 陈前; 房胜兵; 秦士洪
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2029-05-10

Abstract

本实用新型公开了一种站台有柱雨棚，解决了容易发生连续倒塌事故的技术问题，包括具有框架梁、悬挑梁、封闭梁与支撑柱的Y型单柱雨棚结构，框架梁顶面固定连接有沿其长度方向的钢桁架；钢桁架包括上弦杆，上弦杆通过沿框架梁长度方向竖向间隔设置的直腹杆进行支撑；并且对应于每个支撑柱正上方均设有称为A类直腹杆的直腹杆，相邻两根A类直腹杆的中间位置处设有称为B类直腹杆的直腹杆；B类直腹杆两侧对称设有斜腹杆，并且斜腹杆与相邻两根A类直腹杆之间的上弦杆段形成三角形平面单元，或者斜腹杆、相邻两根A类直腹杆之间的上弦杆段与相邻两根A类直腹杆之间的框架梁段形成倒梯形平面单元；上弦杆两端均通过斜腹杆与框架梁两端连接。

Description

一种站台有柱雨棚

技术领域

本实用新型涉及一种站台有柱雨棚。

背景技术

近年来，我国铁路建设飞速发展，国内主要大型客站已基本建设完成。大量中小型客运专线客站、中小型客货共线客站以及以货运为主的铁路客站将是未来建设的重点。站台雨棚工程作为铁路客站的重要组成部分，是列车和站房之间的交通通道和人群待车位置，其重要性不言而喻。同时对于中小型铁路客站项目，中国铁路总公司推荐采用“Y”形有柱站台雨棚，可以预测站台“Y”形单柱雨棚结构体系将会被普遍采用。“Y”形现浇钢筋混凝土站台有柱雨棚主要应用于沿海高风压、高腐蚀度地区客运专线以及以货为主的中小型铁路客站，该结构沿股道方向超静定，而垂直股道方向静定。“Y”形单柱雨棚结构是一种沿竖向层数为一层、沿股道方向为一榀、垂直股道方向为单柱的特殊框架结构。该结构体系简单，受力构件较少，结构冗余度严重不足，这意味着一旦在如爆炸、脱轨列车撞击等意外事故作用下造成了结构的局部构件失效，剩余结构将无法提供足够的备用荷载传递路径，结构发生连续倒塌的概率极大。连续倒塌是指结构发生局部破坏，进而引起连锁反应造成相邻构件破坏，最终形成与初始破坏不成比例的大范围破坏或整体倒塌。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种站台有柱雨棚，解决现有技术中的站台有柱雨棚容易发生连续倒塌事故的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：一种站台有柱雨棚，包括Y型单柱雨棚结构，所述Y型单柱雨棚结构包括框架梁，框架梁通过沿其长度方向间隔设置的支撑柱进行支撑，框架梁分别设有与其平行的封闭梁，并且封闭梁通过悬挑梁与框架梁连接，其特征在于：框架梁顶面固定连接有沿其长度方向的钢桁架；所述钢桁架包括位于框架梁正上方并与其长度方向平行的上弦杆，上弦杆通过沿框架梁长度方向竖向间隔设置的直腹杆进行支撑；并且对应于每个支撑柱正上方均设有称为A类直腹杆的直腹杆，相邻两根A类直腹杆的中间位置处设有称为B类直腹杆的直腹杆；B类直腹杆两侧对称设有斜腹杆，并且斜腹杆与相邻两根A类直腹杆之间的上弦杆段形成三角形平面单元，或者斜腹杆、相邻两根A类直腹杆之间的上弦杆段与相邻两根A类直腹杆之间的框架梁段形成倒梯形平面单元；上弦杆两端均通过斜腹杆与框架梁两端连接。

进一步的，A类值腹杆两侧均通过斜撑杆与其两侧的悬挑梁连接。

进一步的，钢桁架中的各杆件均采用H型钢。

进一步的，Y型单柱雨棚结构采用现浇钢筋混凝土结构，并且框架梁与悬挑梁通过预埋钢板与钢桁架焊接固定。

进一步的，上弦杆为一体成型杆件。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：增设钢桁架措施对结构抗连续倒塌性能有显著提升，尤其是针对边柱关键部位失效后的剩余结构承载力有较大提高，该工况下剩余结构的相对承载力超过了1.0，即边柱失效后结构仍能继续承载。增设钢桁架对结构的延性影响较小，在各工况结构极限承载状态下原有结构体系的抗力机制同样能够充分发挥。

附图说明

图1是中Y型单柱雨棚结构的剖面；

图2是模型2的立面图；

图3是各工况拆除构件部位图；

图4是模型1在拆除KZ1工况下的内力云图；

图5是模型1在拆除KZ1工况下的承载力曲线图；

图6是模型2在拆除KZ2工况下的内力云图；

图7是模型2在拆除KZ2工况下的承载力曲线图；

图8是模型2在拆除KZ3工况下的内力云图；

图9是模型2在拆除KZ3工况下的承载力曲线图。

具体实施方式

一种站台有柱雨棚，包括Y型单柱雨棚结构，参考图1所示，所述Y型单柱雨棚结构包括框架梁1，框架梁1通过沿其长度方向间隔设置的支撑柱2进行支撑，框架梁1分别设有与其平行的封闭梁3，并且封闭梁3通过悬挑梁4与框架梁1连接。参考图2所示，框架梁顶面固定连接有沿其长度方向的钢桁架5；所述钢桁架包括位于框架梁正上方并与其长度方向平行的上弦杆，上弦杆通过沿框架梁长度方向竖向间隔设置的直腹杆进行支撑；并且对应于每个支撑柱正上方均设有称为A类直腹杆的直腹杆，相邻两根A类直腹杆的中间位置处设有称为B类直腹杆的直腹杆；B类直腹杆两侧对称设有斜腹杆，并且斜腹杆与相邻两根A类直腹杆之间的上弦杆段形成三角形平面单元，或者斜腹杆、相邻两根A类直腹杆之间的上弦杆段与相邻两根A类直腹杆之间的框架梁段形成倒梯形平面单元；上弦杆两端均通过斜腹杆与框架梁两端连接。

本具体实施方式中，A类值腹杆两侧均通过斜撑杆与其两侧的悬挑梁连接。增加斜撑杆主要对钢桁架起稳定支撑作用，防止钢桁架纵向失稳，另外，可增加钢桁架的整体刚度。

本具体实施方式中，钢桁架中的各杆件均采用H型钢。对失效梁跨产生较大轴力作用，限制了失效域的竖向变形。

本具体实施方式中，Y型单柱雨棚结构采用现浇钢筋混凝土结构，并且框架梁与悬挑梁通过预埋钢板与钢桁架焊接固定。能够有效改善关键部位失效后结构的抗连续倒塌性能。

本具体实施方式中，上弦杆为一体成型杆件。极大地约束结构竖向位移，使雨棚框架梁端部截面弯矩内力大大减小。

为验证本实用新型所提出的站台有柱雨棚的抗连续倒塌性，采用数值模拟与拆除构件法进行分析。拆除构件法是目前应用最广泛的抗连续倒塌设计方法，根据是否考虑非线性和动力效应，其可采用线性静力分析、非线性静力分析、线性动力分析和非线性动力分析。其中非线性动力拆除构件法虽然计算量较大，但其计算精度最高，应用也最多，因此采用非线性动力拆除构件法进行抗连续倒塌分析。

Y型单柱雨棚结构的数值模型：

结构中梁、柱构件基于LS-DYNA中的纤维梁单元模型模拟，其中部分主要构件截面的纤维划分如图3.5所示，梁单元采用Beam161；雨棚板基于LS-DYNA中的分层壳单元模拟，壳单元采用Shell163。混凝土强度等级均为C35，梁、柱纵筋强度等级为HRB400级，箍筋强度等级为HPB300，材料信息如表1.1、1.2所示。

表1.1混凝土材料参数

表1.2钢材材料参数

在各根柱底施加固端约束，参照GSA2003采用α(DL+0.25LL)。其中α为荷载放大系数，DL为恒荷载，主要为楼板面层铺装荷载和结构自重；LL为活荷载，取0.5kN/m²。

在Y型单柱雨棚结构上增设钢桁架后形成的站台有柱雨棚结构的数值模型：模型1：斜腹杆、相邻两根A类直腹杆之间的上弦杆段与相邻两根A类直腹杆之间的框架梁段形成倒梯形平面单元；模型2：斜腹杆与相邻两根A类直腹杆之间的上弦杆段形成三角形平面单元。

图2为增设钢桁架方案(模型2)立面图，图中粗实线为钢桁架。钢桁架仅设置在纵向框架梁上部(设在纵向封边梁不利于变截面挑梁受力)，桁架采用H300×150×6.5×9型钢，其截面面积4533mm²。模型1、模型2的钢材用量分别见表2.1、表2.2。

表2.1模型1的钢材用量

表22模型2的钢材用量

由于单柱雨棚结构形式简单，冗余度较普通框架结构较少，难以估计各构件在结构连续倒塌过程中对抗力的贡献程度，因此本文在传统的拆除构件法仅拆除竖向承重柱的基础上，增加了拆除梁的工况。各工况拆除构件部位如图3所示。该结构为双轴对称体系，因此拆除柱工况时，选取拆除边柱KZ1、中柱KZ2、内柱KZ3三种工况。

对于模型1，采用了拆除边柱KZ1的工况与原模型(即Y型单柱雨棚结构的数值模型)对比，对于模型2分别采用了中柱拆除中柱KZ2、内柱KZ3与原模型对比。

模型1与原模型的对比结果如下：

参考图4与图5所示，由图4可以看到，边柱失效后钢桁架上弦杆B'C'和斜腹杆BC'均对失效梁跨产生较大轴拉力作用，限制了失效域的竖向变形，其作用的轴拉力分别为903kN和892kN。钢桁架的设置使框架梁端部截面弯矩内力大大减小，仅有376kN·m；而纵向封边梁端部截面则受到较大弯矩作用，弯矩达到了760.6kN·m，几乎是前者的两倍。边柱失效后剩余结构在相对承载力超过1.1后进入失效状态，这是因为钢桁架上弦杆B'C'和斜腹杆BC'在α＝1.1时截面部分区域均超过了屈服应力，其最大应力分别达到了262MPa和251MPa，两根桁架杆件进入塑性变形状态，无法继续限制雨棚剩余结构的竖向变形。

由图5可知，移除边柱KZ1后，雨棚剩余结构仍能继续承载，结构峰值相对承载力达到1.1。与原模型相比，增设钢桁架后结构承载力提升了83％，峰值位移增幅更是达到了1.6倍。这表明，在纵向框架梁上部增设钢桁架的措施能够有效改善关键部位KZ1失效后结构的抗连续倒塌性能。

模型2与原模型的对比结果如下：

拆除中柱KZ2的工况下：

表3展示了荷载系数为1.0时该工况下增设桁架对失效梁跨梁端受力以及对失效柱节点竖向变形的影响，其中第四行“变化率”由(增设钢桁架方案-原结构)/原结构得出。由表第2列可以看到，增设桁架后结构竖向变形由61mm降至33.2mm，增设桁架能够极大地约束结构竖向位移。同时由于竖向变形减小，失效梁跨各端部截面的弯矩内力较原模型均有不同程度的降低。由表第四行变化率可以看到，弯矩变化与位移变化并不完全一致。

表3模型2和原模型计算结果对比(移除KZ2工况，α＝10)

强侧梁端(KL3和L3)弯矩降幅较弱侧(KL2和L2)更大，这是因为强侧钢桁架斜腹杆发挥了更大的轴拉力作用，如图6所示。由于弱侧刚度较低，在竖向荷载作用下产生了更大的向内的纵向位移，使弱侧钢桁架斜腹杆A'B无法产生较强的轴拉力作用。由于弱侧竖向变形更大，因此该侧区域上弦杆承受了较大的轴压力作用。图7为中柱失效后结构的承载力曲线。由图7可知，增设桁架后，该工况下剩余结构承载力较原模型提高了44％；该工况下剩余结构极限位移为869mm，相较原模型结构极限位移750mm也有所提高。

拆除内柱KZ3的工况下：

荷载系数为3.4时，剩余结构竖向位移达到1413mm，此时失效跨上部钢桁架主要杆件如上弦杆D'E'、斜腹杆DE'、直腹杆DD'等均已进入塑性变形状态，如图8所示，最大塑性应变发生在直腹杆DD'处。这也是该工况下模型2峰值位移小于原模型的原因。移除KZ3工况下，结构增设钢桁架前后承载力提升了36％，如图9所示。增设钢桁架对内柱失效后失效梁跨梁端部截面受力的改善作用与工况2下基本一致，这里不再赘述。

结论：增设钢桁架措施对结构抗连续倒塌性能有显著提升，尤其是针对边柱关键部位失效后的剩余结构承载力有较大提高，该工况下剩余结构的相对承载力超过了1.0，即边柱失效后结构仍能继续承载。增设钢桁架对结构的延性影响较小，在各工况结构极限承载状态下原有结构体系的抗力机制同样能够充分发挥。

Claims

1.一种站台有柱雨棚，包括Y型单柱雨棚结构，所述Y型单柱雨棚结构包括框架梁，框架梁通过沿其长度方向间隔设置的支撑柱进行支撑，框架梁分别设有与其平行的封闭梁，并且封闭梁通过悬挑梁与框架梁连接，其特征在于：框架梁顶面固定连接有沿其长度方向的钢桁架；所述钢桁架包括位于框架梁正上方并与其长度方向平行的上弦杆，上弦杆通过沿框架梁长度方向竖向间隔设置的直腹杆进行支撑；并且对应于每个支撑柱正上方均设有称为A类直腹杆的直腹杆，相邻两根A类直腹杆的中间位置处设有称为B类直腹杆的直腹杆；B类直腹杆两侧对称设有斜腹杆，并且斜腹杆与相邻两根A类直腹杆之间的上弦杆段形成三角形平面单元，或者斜腹杆、相邻两根A类直腹杆之间的上弦杆段与相邻两根A类直腹杆之间的框架梁段形成倒梯形平面单元；上弦杆两端均通过斜腹杆与框架梁两端连接。

2.根据权利要求1所述的站台有柱雨棚，其特征在于：A类值腹杆两侧均通过斜撑杆与其两侧的悬挑梁连接。

3.根据权利要求1所述的站台有柱雨棚，其特征在于：钢桁架中的各杆件均采用H型钢。

4.根据权利要求1所述的站台有柱雨棚，其特征在于：Y型单柱雨棚结构采用现浇钢筋混凝土结构，并且框架梁与悬挑梁通过预埋钢板与钢桁架焊接固定。

5.根据权利要求1所述的站台有柱雨棚，其特征在于：上弦杆为一体成型杆件。