深圳黃木崗地下綜合交通樞紐中型鋼混凝土斜柱結構力學性能研究*

李愛東 黃真鋒 宋帛洋 李孝忠 張晨明 楊 勵 張素梅

深圳黃木崗地下綜合交通樞紐中型鋼混凝土斜柱結構力學性能研究*

李愛東1黃真鋒2,3宋帛洋2,3李孝忠2,3張晨明1楊 勵1張素梅2,3

(1. 中國鐵路設計集團有限公司，天津 300308；2. 哈爾濱工業大學(深圳)土木與環境工程學院，廣東深圳 518055；3. 廣東省土木工程智能韌性結構重點實驗室，廣東深圳 518055)

深圳黃木崗綜合交通樞紐地下結構采用大直徑型鋼混凝土斜柱體系，在滿足使用要求的同時顯著提升了地鐵站的建筑美感及換乘舒適度。該斜柱豎向傾斜布置，豎向夾角最大為13°且斜柱位于橫縱梁節點外側并僅與結構橫梁相連。為明確型鋼混凝土斜柱力學性能，設計并制作了縮尺比為1:8的型鋼混凝土斜柱模型試件，并對其進行了靜力試驗研究，獲得了斜柱在軸力、剪力和彎矩共同作用下的破壞過程及力學響應。采用ABAQUS有限元軟件對斜柱力學性能進行了數值分析。試驗和數值分析結果表明：橫梁及腋梁可在兩個方向上有效約束型鋼混凝土斜柱側向變形，斜柱承載力可達設計荷載的1.62倍，結構設計安全可靠；荷載達到試件承載力時，梁柱節點平面內及平面外水平位移分別為斜柱長度的1/3 046和1/3 236；斜柱上柱段中部及底部發生壓潰破壞，鋼筋壓屈，腋梁側面出現少量斜裂縫。

型鋼混凝土；斜柱；梁支撐；力學性能；靜力試驗

0 引 言

“十四五”期間，我國地下軌道交通迅猛發展，交通運營里程及客運量已連續多年高居全球首位[1-2]。2022年，我國地鐵運營里程總計為9 691 km，客流量也已高達257億人次[3-4]。隨著地鐵網絡的日漸密集，以多線地鐵換乘車站為基礎的城市綜合交通樞紐的設計與建設也快速增多。除交通運輸方面的需求外，綜合交通樞紐還逐漸承擔串聯城市地塊、打造公共空間等城市功能[5-9]，因而環境和舒適度需求也相應提高，結構形式更為復雜。型鋼混凝土柱具有承載力高、塑性變形能力好、防腐性能優異等優點，在地上重載和大跨結構中已取得廣泛應用。近年來，型鋼混凝土柱在地下結構中的應用也日益增多，如深圳崗廈北站[10]及小梅沙站[11]等，取得了良好的社會和經濟效益。

深圳市黃木崗綜合交通樞紐為3條地鐵線路的換乘站，如圖1所示。該樞紐沿24號線方向設置了高度為38.4 m的中庭，并采用大直徑型鋼混凝土斜柱體系，在滿足交通運輸需求的同時也有效提高了地鐵站換乘舒適度。型鋼混凝土斜柱直徑為1 400～1 800 mm，與豎向夾角為1.3°～13.0°；斜柱位于橫縱梁節點外側并僅與結構橫梁相連，橫梁對斜柱提供軸線方向支撐，縱梁與柱不直接相連，對斜柱在縱向的約束較弱。隨著斜柱傾斜角度增加，構件豎向承載能力與初始剛度降低[12-13]。同時，設置支撐構件的承載力隨支承剛度減小而降低[14-17]。

圖1 深圳黃木崗綜合交通樞紐

為明確黃木崗地下綜合交通樞紐中型鋼混凝土斜柱的力學性能，以實際結構為原型，設計并制作了1/8縮尺靜力試驗模型，通過試驗研究了斜柱的受力性能和結構設計的可靠性，為組合結構在地下復雜結構中的應用提供參考。

1 工程概況

深圳黃木崗綜合交通樞紐位于華強北路、華福路、筍崗西路和泥崗西路交叉口，是地鐵7號、14號和24號線的換乘站與地面交通的接駁樞紐，建筑面積約1.9×105m2，東西長1 500 m，南北長1 100 m。為打造城市慢行系統及地下公共街區，沿地鐵24號線方向設置了高度為38.4 m的地下中庭（圖2），并在地下結構中采用大直徑型鋼混凝土斜柱體系，建筑形式美觀獨特。

圖2 黃木崗樞紐中庭

圖3 斜柱結構

2 試驗概況

2.1 原型結構簡化

圖4 結構簡化

2.2 試件設計

為準確控制邊界條件并方便加載，將原型結構底部不移動彈簧鉸支座調整為固定支座。以原結構對橫梁–縱梁節點及腋梁–縱梁節點的豎向支承剛度等效為原則，在縱梁遠柱側設置鋼筋混凝土樓板，最終確定的試驗試件結構如圖5所示。

圖5 試驗試件結構

按縮尺比例1︰8設計制作了型鋼混凝土斜柱試件，構造見圖6，試件高度為2 795 mm，長度為2 900 mm，寬度為1 000 mm。型鋼混凝土斜柱豎向傾斜角度為10.655°，直徑為200 mm，高度為2 035 mm；型鋼混凝土橫梁長度為58 mm，截面尺寸為185 mm×135 mm；鋼筋混凝土腋梁長度為265 mm，截面尺寸為185 mm× 85 mm。上述三類構件的截面形式及尺寸見圖7，材料強度見表1。型鋼混凝土橫梁一端與斜柱相連，另一端與遠端結構柱相連，鋼筋混凝土腋梁兩端分別與斜柱及縱梁相連?？v梁遠柱側鋼筋混凝土樓板的長度、寬度及厚度分別為900，1 000，195 mm。

2.3 試件加工制作及材料性能

試件加工步驟如下：1）進行型鋼混凝土骨架的型鋼下料，組裝并焊接型鋼混凝土骨架；2）綁扎型鋼混凝土斜柱鋼筋籠，利用PVC管制作斜柱模板并固定，之后采用少量多次、邊澆邊振搗的方式澆筑混凝土以保證澆筑質量；3）待斜柱混凝土養護7 d后，拆除模板。綁扎試件其余部位的鋼筋籠，制作并固定混凝土模板，之后澆筑混凝土；4）混凝土養護7 d后拆除模板，試件制作完成。

圖6 試驗加工

表1 關鍵構件材料強度等級

試件所用材料等級與原型結構一致，鋼材和混凝土的材料性能分別按GB/T 228.1—2021《金屬材料拉伸試驗：第1部分：室溫試驗方法》[18]和GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》[19]中的相關規定進行測試，結果分別如表2和表3所示。

表2 鋼材主要力學性能指標

表3 混凝土主要力學性能指標

2.4 加載方案

原型結構整體分析表明，型鋼混凝土斜柱除承受軸力作用外，也承受一定的剪力和彎矩作用。為實現原型結構的受力狀態，準確評估其在壓、彎、剪耦合作用下的力學性能，本試驗采用哈爾濱工業大學（深圳）工程結構試驗中心的四連桿裝置對試驗結構進行加載（圖8）。為實現試驗結構的固接邊界條件，混凝土頂部支座和底部支座采用錨桿分別與四連桿L形梁和地面固接。調整四連桿中豎向作動器和水平作動器的荷載水平以及水平作動器的作用點高度，以調節試驗結構中各截面的內力情況使得試驗結構中控制截面I～VI內力與原型結構相近。截面I—I～截面VI—VI的位置見圖5：截面I—I和截面II—II為斜柱上段頂部和底部截面，截面III—III和截面IV—IV為斜柱下段頂部和底部截面，截面V—V和截面VI—VI分別為短梁左端和右端的端部截面。原型結構設計荷載對應的試驗結構豎向荷載為910 kN，水平荷載為220 kN，水平荷載作用點距柱頂截面為35 mm。此時，原型結構及試驗結構截面I—I～截面VI—VI的內力對比如表4所示?？梢姡涸囼灲Y構內力均不低于原型結構，其中，斜柱軸力相差不超過5%，剪力最大相差380%，彎矩最大相差180%，短梁中軸力相差為200%，剪力及彎矩最大相差分別為70%和280%，對設計荷載均形成包絡。

試驗時豎向及水平荷載均采用靜力分級加載，加載制度如圖9所示。每一級加載時，首先水平荷載不變，緩慢施加豎向荷載，待豎向荷載穩定后，再緩慢施加水平荷載至目標值。每加載步中豎向荷載和水平荷載增量均為試件預估承載力的5%，即豎向荷載增量為9 1kN，水平荷載增量為22 kN。預加載階段對試件加載至5%預估承載力，檢驗加載裝置及測量裝置均正常工作后卸載。正式加載時保持每級荷載增量不變，加載至試件破壞，每級加載步后均持荷2 min，以使試件變形和裂縫充分發展。

圖7 關鍵構件的截面形式及尺寸 mm

表4 原型結構與試驗結構控制截面內力對比

圖8 試驗加載裝置

2.5 測量方案

試驗過程中，利用豎向作動器和水平作動器內置的力傳感器測量豎向和水平荷載，采用位移計和應變片分別監測試件在荷載作用下的位移和應變發展，設置VIC-3D非接觸全場應變測量系統監測節點區及腋梁1側面裂縫及變形發展。

圖9 加載制度

試驗共設置了24個位移計（圖10），其中位移計1～3測量混凝土下底座豎向位移，位移計4、5測量混凝土下底座的面內及面外水平位移，位移計6、7測量混凝土上底座豎向位移，位移計8、9分別測量混凝土上底座的面內及面外水平位移，位移計10～12測量混凝土樓蓋左端的水平、豎向和面外位移，位移計13～18測量混凝土樓蓋右端的水平、豎向和面外位移，位移計19～21及位移計22～24分別測量斜柱四分點處的面內及面外水平位移。

在斜柱上下柱段的端截面、中截面以及橫梁和腋梁的中截面分別設置了軸向應變片（圖11），以觀測上述關鍵截面應變發展規律。為便于分析，將斜柱自底部至頂部設置應變片的截面依次定義為截面1～截面6，各截面應變片編號規則見圖11。

3 試驗結果及分析

3.1 試驗現象

加載初期，試件處于彈性受力狀態，未觀察到明顯變形及肉眼可見的裂縫；豎向及水平荷載增加至0.67u（u為試件的豎向峰值承載力，u=1 911 kN）時，VIC-3D測量系統中監測到腋梁1側面出現斜裂縫（圖12（a））；繼續增大豎向及水平荷載至0.76u，腋梁2側面的Y7號應變片讀值驟增，同時腋梁2側面產生斜裂縫，腋梁1側面斜裂縫緩慢發展；豎向及水平荷載增加至0.86u時，兩側腋梁側面裂縫的長度和寬度緩慢增大，同時上段柱頂端截面6-4號應變片附近出現受拉水平裂縫，6-2號應變片附近輕微壓碎；繼續施加豎向及水平荷載至0.95u時，4-2號和3-2號應變片附近出現受拉水平裂縫；豎向及水平荷載增大至u時，上段柱4-2號和6-4號應變片受拉水平裂縫進一步發展（圖12（b）），4-4號和6-2號應變片附近明顯壓潰；繼續加載，荷載開始下降，斜柱上柱段中部及底部的混凝土壓潰區域逐漸增大，受拉區水平裂縫也逐漸加寬。試驗加載期間，下段柱除3-2號應變片附近處開裂外無其他明顯現象；腋梁1和2的側面均出現少量斜裂縫，但斜裂縫并未沿梁高貫穿；橫梁無明顯裂縫。試驗結束后，去除試件壓潰混凝土，上柱段底部鋼筋壓屈，試件最終破壞模式見圖12（c）。

圖10 位移計測點布置

圖11 應變片測點布置

圖12 試驗現象及破壞模式

3.2 荷載–位移曲線

試件頂部支座面內的豎向和水平位移如圖13所示。其中，和分別代表豎向和水平荷載；代表試件位移，其下角標數字代表位移測點編號，如6代表考慮虛位移修正后的6號測點位移。為便于后續討論，規定向右及向紙面方向的水平位移為正，向下的豎向位移也為正。試件混凝土頂部支座共設置兩個豎向位移計測點，（6+7）/2為試件頂部豎向位移的平均值。當荷載水平低于14%試件峰值承載力時，試件豎向變形發展緩慢而水平變形增長較快；隨著荷載進一步增加，試件豎向變形基本呈線性發展而水平荷載增長速度逐漸減緩；荷載達到峰值承載力時，試件發生破壞，此時豎向變形和水平變形分別為4.10 mm和14.96 mm。

圖14給出了沿斜柱高度方向布置的10個位移計測得的斜柱平面內和平面外的水平位移，各測點均已去除試件混凝土底部支座的平面內及平面外變形。隨著荷載增加，試件各測點平面內水平位移逐漸增加，且從試件頂部至底部，水平位移逐漸減?。▓D4（a））。試件平面內水平位移集中于上柱段。試件頂部平面外水平位移明顯小于其平面內水平位移（圖4（b）），柱中梁柱節點的平面內水平位移（20號測點）及平面外水平位移（23號測點）均較小。峰值荷載時，頂部（8號測點）相對于梁柱節點處（20號測點）水平位移為14.24 mm，試件達到承載力時，梁柱節點的平面內、外位移分別為0.68 ，0.64 mm，分別為斜柱長度的1/3 046和1/3 236。梁柱節點相對于試件底部的面內位移僅為0.68 mm和0.64 mm。由上可知，橫梁和腋梁的設置對斜柱具有較好的雙向約束作用，可以有效限制其在水平面內的變形。

圖13 混凝土頂部支座面內位移

圖14 斜柱沿柱高水平位移

為探究斜柱受載過程中支撐短梁的力學響應，圖15（a）給出了腋梁1和腋梁2與縱梁連接端的各方向位移發展規律?？梢姡簝筛噶号c縱梁連接端平面內水平位移（13號和16號測點）以及平面外水平位移（14號和17號測點）發展規律基本一致；短梁與縱梁連接端平面內水平位移明顯大于其平面外水平位移，峰值荷載時，平面內水平位移平均值為1.32 mm，而平面外水平位移平均值僅為0.70 mm。

圖15 短梁變形

將20號和23號測點測得的短梁與柱連接端水平位移除以短梁與縱梁連接端水平位移，可分別得到短梁沿軸線方向及梁寬度方向的變形發展規律（圖15（b）、（c））：軸向位移以伸長為正，短梁沿寬度方向的位移以逆時針為正；在荷載作用下，短梁軸向及寬度方向的變形均較??；荷載達到u時，短梁沿軸向變形不超過–0.94 mm且沿寬度方向的變形也未超過0.56 mm。上述分析表明，與斜柱相連的橫梁及腋梁具備較大的軸向剛度和剪切剛度，對斜柱的約束作用較強，可有效限制斜柱的水平變形。

3.3 荷載–應變曲線

型鋼混凝土斜柱不同截面在不同受力階段的縱向應變分布如圖16所示，橫坐標100 mm處為截面形心位置，該處應變取各截面1號應變片和3號應變片的平均值。在壓彎剪荷載作用下，斜柱發生平面內彎曲變形；荷載達到0.67u前，斜柱各中截面縱向變形均近似呈平截面，且各荷載步間的應變差基本接近，說明試件此時基本處于彈性階段；荷載增加至0.67u～0.86u時，各荷載步間的應變差逐漸增大，表明斜柱塑性開始發展；荷載超過0.86u后，6—6截面縱向應變沿截面高度的分布與平截面假定有一定偏差，這是由于在峰值荷載前，試件腹板受壓邊緣附近混凝土逐漸壓潰。

圖16 斜柱各截面縱向應變分布

腋梁1和腋梁2上表面的縱向應變分布如圖17所示可知：兩根腋梁上表面縱向應變分布近似對稱，這表明節點區沒有明顯的面外變形；荷載達到0.19u前，腋梁上表面的縱向應變較小，腋梁處于彈性狀態；繼續加載，腋梁上表面外側的應變迅速增大，荷載達到0.57u時，外側縱向應變超過了10–3，同時腋梁上表面外側產生裂縫；繼續加載，外側應變片失效，而腋梁內側和中間的應變仍較慢發展，腋梁處于帶裂縫工作的狀態。

圖17 斜梁上表面縱向應變分布

腋梁2下表面和側面的縱向應變分布如圖18所示?？芍撼鎯葟澗赝?，腋梁2也承受面外彎矩；在面內彎矩的作用下，腋梁2下表面處于受壓狀態，但由于面外彎矩的影響，腋梁2下表面外側的壓應變小，內側的壓應變大；腋梁2上表面處于受拉狀態，由于面外彎矩的影響，同樣梁上表面的外側拉應變大，內側拉應變??；腋梁2側面處于受拉狀態。但由于面內彎矩的影響，腋梁2側面上部拉應變大，下部拉應變小。

圖18 腋梁下表面及側面縱向應變分布

由于橫梁尺寸原因，僅能在其下部布置一個應變片。圖19給出了橫梁的豎向荷載–縱向應變關系曲線，可知，橫梁下側處于受壓狀態。

圖19 橫梁縱向應變發展

4 有限元分析

4.1 有限元建模及驗證

以試件尺寸及材料性能實測數據為基礎，采用ABAQUS有限元軟件建立試驗試件結構對應的三維實體有限元模型（圖5）。鋼材采用基于von Mises屈服準則的彈塑性模型，應力–應變關系為雙折線模型，包括彈性段和強化段，鋼材強化段模量為彈性模量的1/100?；炷吝x用混凝土塑性損傷模型，型鋼混凝土及鋼筋混凝土構件中混凝土受到的約束作用較弱，因此，混凝土采用GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》[20]推薦的無約束混凝土應力–應變關系，膨脹角為36°，流動勢偏心率為0.1，雙軸加載下的抗壓強度與單軸抗壓強度之比為1.16，受拉、壓子午線偏量第二應力不變量的比值取為0.667，黏滯阻尼系數取為0.000 1?；炷敛捎?節點六面體線性減縮積分實體單元（C3D8R），型鋼采用4節點四邊形線性縮減積分殼單元（S4R），鋼筋采用2節點線性三維桁架單元（T3D2）。試驗試件中型鋼混凝土斜柱混凝土與其余部分混凝土分開澆筑，并對混凝土界面進行鑿毛處理，使其連接可靠，并采用綁定（Tie）約束；型鋼與鋼筋均埋入（Embedded）混凝土中；L形梁與試件頂部支座在試驗中采用錨栓連接，兩者界面采用綁定（Tie）約束。限制試件底部支座的平動及轉動共6個自由度，以模擬試驗試件底部固接邊界條件。在L形梁頂面及右端側面設置兩個參考點并分別與其耦合，釋放上述兩個參考點的豎向及面內水平自由度，約束其余自由度。利用上述兩個參考點分別對模型施加豎向及水平荷載。

將有限元模型計算的水平荷載–試件頂部水平位移曲線和試驗結果進行對比，如圖20所示。型鋼混凝土斜柱有限元模型計算的頂點平面內及平面外水平位移與試驗結果均吻合良好，兩者剛度基本一致，承載力相差13.0%，這說明采用本文建模方法建立的有限元模型可以偏于安全地預測型鋼混凝土斜柱的力學性能。

圖20 有限元分析結果與試驗結果對比

4.2 原型結構復核

試驗選取原型結構負三層及負二層型鋼混凝土斜柱及梁柱節點進行研究（圖4），同時將負四層樓蓋及底層柱對負三層斜柱底部節點的約束作用簡化為固接邊界以便于施加邊界條件（圖5），這與實際結構存在一定區別。為檢驗原型結構的可靠性，利用上文中建立的有限元模型展開進一步分析。

首先研究將結構底部不移動彈簧鉸支座簡化為固接邊界的影響（圖4（c）），考慮原型結構縮尺比，可確定試驗結構底部彈簧鉸支座的轉動剛度為86 MN·m/rad。建立相應的有限元模型并進行計算，與兩端固接的有限元模型相比，頂端固接而底端轉動約束的有限元模型承載力僅降低4.3%，兩個有限元模型的剛度基本一致，表明該工程中負四層斜柱及樓板對負三層梁柱節點的轉動約束作用較強，可以等效為固接邊界。

試驗結構選取了原型結構中負三層梁柱節點進行研究，為明確原型結構中連續兩個不與縱梁連接的梁柱節點對斜柱力學性能的影響，進一步建立了圖4（b）所示結構所對應的有限元分析模型。其中，模型頂部及底部均為固接邊界。圖21給出了其水平荷載–水平位移曲線（d為結構達到設計荷載時對應的結構頂部水平荷載）。為便于說明梁柱節點數量增多對斜柱力學性能的影響，同時給出了試驗結構對應的有限元模型分析結果。相比于試驗結構，原型結構承載力降低11.1%，但仍可達設計荷載的1.62倍，表明型鋼混凝土斜柱力學性能優異，結構安全可靠。

圖21 原型結構有限元模型結果

5 結束語

1）在型鋼混凝土斜柱上設置的橫梁及腋梁可在兩個方向上對斜柱起側向支撐作用。黃木崗地鐵綜合交通樞紐中型鋼混凝土斜柱設置的梁支撐可保證斜柱承載力達到設計荷載的1.62倍。

2）在壓、彎、剪耦合作用下，型鋼混凝土斜柱發生平面內彎曲變形，各截面應變呈平截面分布。試件達到承載力時，梁柱節點平面內及平面外的水平位移分別為斜柱長度的1/3 046和1/3 236。

3）型鋼混凝土斜柱試件達到承載力時，在上柱段中部及底部發生壓潰破壞，腋梁側面出現少量斜裂縫，橫梁無明顯裂縫。

[1] CHEN Z J, CHEN J Y, LIU D H, et al. Present status and development trends of underground space in Chinese cities: evaluation and analysis[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2018, 71: 253–270.

[2] DONG L, NELSON J D, BEECROF T M, et al. An overview of recent developments in China’s metro systems[J/OL]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2021, 111. [2021-05-01] https://doi.org/10.1016/j.tust.2020.103783.

[3] 韓寶明, 習喆, 孫亞潔, 等. 2022年世界城市軌道交通運營統計與分析綜述[J]. 都市快軌交通, 2023, 36: 1–8.

[4] 洪開榮, 馮歡歡. 近2年我國隧道及地下工程發展與思考(2019—2020年)[J]. 隧道建設(中英文), 2021, 41: 1259–1280.

[5] 付永煜. 將城市功能融入城市綜合交通樞紐建設的新思路[J]. 現代城市軌道交通, 2021(增刊): 21–25.

[6] 辛志超, 朱旻, 包小華, 等. 城市樞紐與片區融合協同設計方案研究[J]. 地下空間與工程學報, 2023, 19: 22–31.

[7] DONG L, BROERE W, CUI J Q. Underground space utilisation and new town development: Experiences, lessons and implications [J/OL]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2022, 119.[2021-10-22]https://doi.org/10.1016/j.tust. 2021.104204.

[8] TANN D, RITTER S, HALE S, et al. From urban underground space (UUS) to sustainable underground urbanism (SUU): Shifting the focus in urban underground scholarship [J/OL]. Land Use Policy, 2021, 109. [2021-10-01]https://doi.org/10. 1016/j.landusepol.2021.105650.

[9] CUI J, BROERE W, LIN D. Underground space utilisation for urban renewal[J/OL]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2021, 108.[2021-02-01]https://doi.org/10.1016/j. tust. 2020.103726

[10]張素梅, 李愛東, 王玉銀, 等. 深圳崗廈北地下綜合交通樞紐站橋合建大跨度組合結構復雜節點受力性能研究[J]. 建筑結構學報, 2023, 44(2): 1–15.

[11]祝勇. 地鐵車站型鋼混凝土組合柱施工關鍵技術[J]. 工程建設與設計, 2022(2): 111–113.

[12]呂彬. 帶剪力釘的型鋼混凝土斜柱受力性能分析[D]. 濟南: 山東大學, 2021.

[13]丁得志. 地下空間巨型型鋼混凝土斜柱的受力性能及參數化仿真分析[J]. 市政技術, 2023, 41(2): 38–46, 52.

[14]CHEN W F, LUI E M. Structural stability: Theory and implementation[M]. New York: Elsevier, 1987.

[15]TRAHAIR N S, BRADFORD M A. The behavior and design of steel Structures[M]. 2nd ed. London: Chapman and Hall, 1991.

[16]陳紹蕃. 鋼結構穩定設計的新進展[J]. 建筑鋼結構進展, 2004(6): 1–13.

[17]童根樹, 施祖元, 李志飚. 計算長度系數的物理意義及對各種鋼框架穩定設計方法的評論[J]. 建筑鋼結構進展, 2004(6): 1–8.

[18]國家市場監督管理總局. 金屬材料拉伸試驗: 第1部分: 室溫試驗方法: GB/T 228.1—2021[S]. 北京: 中國標準出版社, 2021.

[19]全國鋼標準化技術委員會. 混凝土物理力學性能試驗方法標準: GB/T 50081—2019[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2019.

[20]中華人民共和國住房和城鄉建設部. 混凝土結構設計規范: GB 50010—2010[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2010.

Mechanical Properties of Inclined Steel-Reinforced Concrete Column Structure of Shenzhen Huangmugang Comprehensive Transportation Hub

LI Aidong1HUANG Zhenfeng2, 3SONG Boyang2, 3LI Xiaozhong2, 3ZHANG Chenming1YANG Li1ZHANG Sumei2, 3

(1. China Railway Design Corporation, Tianjin 300308, China; 2. School of Civil and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology (Shenzhen), Shenzhen 518055, China; 3. Guangdong Provincial Key Laboratory of Intelligent and Resilient Structures for Civil Engineering, Shenzhen 518055, China)

A large-diameter inclined steel-reinforced concrete (SRC) column system is utilized in the underground structure of the Shenzhen Huangmugang comprehensive transportation hub, enhancing both the architectural aesthetics and the transferring comfort while meeting operational requirements. The SRC columns are vertically inclined and have a maximum inclination angle of 13°, and the columns connected to the horizontal beams in the structure, are located outside the beam-beam joints. To investigate the mechanical Properties of the inclined columns, a specimen on a scale of 1/8 was designed and fabricated, and the failure process and response of the column were determined by static test in combination with axial load, shear force, and bending moment. ABAQUS software was employed to further determine the mechanical properties of the inclined SRC column. The results revealed that the horizontal beams and corbels could effectively restrain the lateral deformation of the inclined columns in both directions. The bearing capacity of the inclined columns was 1.62 times the design load, indicating the design was safe and reliable. When the load reached its peak, the in-plane and out-plane lateral displacement was 1/3 046 and 1/3 236 of the length of the inclined column. The concrete in the middle and bottom zone of the upper column region was crushed significantly and the longitudinal steel bar also buckled, and few cracks were observed at the side surface of the corbels.

steel-reinforced concrete; inclined column; supporting beam; mechanical properties; static test

李愛東, 黃真鋒, 宋帛洋, 等. 深圳黃木崗地下綜合交通樞紐中型鋼混凝土斜柱結構力學性能研究[J]. 工業建筑, 2024, 54(1): 86-95. LI A D, HUANG ZF SONG BY, et al. Mechanical Properties of Inclined Steel-Reinforced Concrete Column Structure of Shenzhen Huangmugang Comprehensive Transportation Hub[J]. Industrial Construction, 2024, 54(1): 86-95 (in Chinese).

10.3724/j.gyjzG23092513

*大型地下城軌樞紐新型建筑空間與特種結構研究（2021CJ0101）。

李愛東，正高級工程師，深圳市勘察設計大師，主要從事地下結構設計與施工研究工作，1920166851@qq.com。

張素梅，主要從事鋼結構和組合結構的研究工作，smzhang@hit.edu.cn。

2023-09-25