装配式地铁车站以其施工速度快、施工质量高等优点，具有良好的工程应用前景 ^[1]。地铁车站中楼板结构跨度大、设计荷载高，采用传统钢筋混凝土结构易发生开裂 ^[2]。钢板-混凝土组合板底部钢板可在施工阶段充当模板、正常使用阶段作为受拉构件，具有施工速度快、承载力高、结构刚度大等优势;且由于底部钢板的密闭效应，楼板正弯矩区无需针对裂缝宽度进行验算 ^[3]。因此，可以考虑采用钢板-混凝土组合板代替钢筋混凝土楼板，组合板底部采用再生混凝土，并除去对受弯性能贡献小的腹板部混凝土，形成钢板-再生混凝土空心叠合板新型构件。

　　 目前，针对不同形式钢板-混凝土组合板进行了试验研究，组合板采用剪切连接件包括栓钉 ^[4]、开孔钢板连接件PBL ^[5,6]、预埋型钢 ^[7]等;研究了几何尺寸 ^[4]、抗剪连接度 ^[5,6]、材料性能 ^[5,6]等参数对组合板破坏形式、受弯承载力和抗弯刚度的影响。此外，部分学者也针对钢筋混凝土空心叠合板进行了试验研究与有限元分析，并提出了相应设计方法 ^[8,9,10,11]。目前，尚未见到钢板-再生混凝土空心叠合板的相关研究。

　　 基于以上研究背景，总结现有地铁车站楼板构件形式，得到该类构件设计要点;在此基础上，提出适用于组合结构地铁车站的钢板-再生混凝土空心叠合板构件形式;基于ABAQUS软件，建立钢筋混凝土空心叠合板受弯性能有限元模型，验证有限元建模技术的可靠性，并分析钢板-再生混凝土空心叠合板的受弯性能，为此类构件的工程应用提出理论依据。

　　 目前，我国地铁车站的应用及相关研究主要针对矩形和拱形2种截面形式 ^[12]。由于拱形结构车站施工难度大、抗渗性能难以保证，所以本文重点针对矩形截面地铁车站的楼板开展研究。矩形结构地铁车站主要包括普通现浇钢筋混凝土楼板和新型地铁车站楼板形式。在国外的装配式地铁车站研究及应用中，也有学者提出楼板采用密肋板式结构，使得重量减轻且有利于拼装 ^[13]，由于此结构相关报道有限，本文尚未对该类结构形式进行论述。

　　 根据使用功能需求，典型现浇混凝土地铁车站一般为1～3层，横向为2～4跨 (见图1) ，结构只设纵梁 ^[14]。车站横向跨度一般为6 500～7 500mm，纵向柱距一般采用5 000～7 000mm。中部和顶部楼板均采用典型的钢筋混凝土结构，其中中部楼板厚度一般为300～400mm，顶部楼板的厚度一般为700～800mm。该类构件的设计方法均采用现有的钢筋混凝土结构设计规范。

　　 预应力密排框架箱形结构多采用单跨单层或单跨双层结构，其主要受力构件为横向密排框架，框架内设环形预应力筋 (见图2) 。框架跨度一般为15 000～23 000mm，梁高1 800～2 100mm，框架纵向间距为2 400mm，楼板沿地铁车站纵向受力 ^[15,16]，顶板采用厚度为400mm的预应力现浇钢筋混凝土板。该类构件可沿用现有预应力构件设计方法。

　　 北京市地铁金安桥站为我国首座矩形装配式地铁站，采用双层三跨的结构形式 ^[17]。该工程目前运营2年，工作性能良好。如图3所示，3跨跨度分别为8 000, 6 900和8 000mm。底板为现浇板，第1层和第2层顶板为钢筋混凝土叠合板。其中，1层顶板厚400mm，预制层和现浇层厚度均为200mm (0.5h) ;2层顶板厚700mm，预制层和现浇层分别为200mm (0.3h) 和500mm (0.7h) 。该类构件设计和构造措施可沿用现有叠合构件设计标准。

　　 对现有地铁车站楼板结构形式总结可知，现浇钢筋混凝土楼板与混凝土叠合板均在实际工程中达到了预期的工作效果。

　　 对于未设置横向框架梁的地铁车站，现浇混凝土楼板跨度一般为6 500～7 500mm，顶板厚700～800mm，个别顶板厚度可达1 300mm;当设置预应力密排框架箱形结构时，跨度可增大为23 000mm，板厚为400mm。现有预制装配式混凝土叠合板跨度在6 900～8 000mm，顶板总厚度为700mm，其中预制层厚度为200mm。现有的现浇钢筋混凝土楼板、预应力钢筋混凝土楼板及钢筋混凝土叠合板均可沿用现有的设计理论。

　　 但需要指出，由于该类构件主要承担竖向和水平荷载作用下的弯矩作用，当跨度较大时对构件刚度要求较高，应避免构件产生较大宽度的裂缝，影响构件耐久性。未来需要减小结构自重、降低工程施工难度。考虑楼板构件主要承担弯矩，对混凝土强度要求不高，因此提出一种新型钢板-再生混凝土空心叠合板，该构件主要用于装配式钢-混凝土组合结构地铁车站。

　　 传统钢-混凝土组合板底部钢板一般采用厚度为0.5～1.2mm的带压痕钢板，随后出现的钢板-混凝土组合楼板一般采用的钢板厚度为6～28mm，这种新型构件在地铁隧道、桥梁、核电站工程中具有较高的推广应用价值。本文提出的钢板-再生混凝土空心叠合板主要由预制层和现浇层构成，其中预制层包括底部钢板、桁架筋、受压区钢筋、再生混凝土预制层、聚苯板;现浇层为普通混凝土。在预制部分预留螺栓孔，将构件运送至施工现场后，通过螺栓将叠合空心板与钢梁相连，最后浇筑顶部混凝土现浇层，得到完整的钢-混凝土组合梁 (见图4) 。

　　 钢板-再生混凝土空心叠合板制作工艺如图5所示。预制层采用二次浇筑的方式制得:在底部钢板上预留螺栓孔，同时焊接桁架筋和受压区钢筋;为保证底部钢板不屈曲，浇筑第1批再生混凝土，厚度一般为50mm;布置中部聚苯板，浇筑第2批再生混凝土，完成预制层的制备。施工过程中应在先浇筑的混凝土终凝前进行拉毛，保证前后两次浇筑的混凝土可以形成一个整体。叠合板的现浇层在施工现场制得，进行顶部普通混凝土的浇筑，厚度一般为50～100mm。

　　 与传统现浇钢筋混凝土板相比，钢板-再生混凝土预制空心叠合板具有以下优点。

　　 1) 通过浇筑第1层再生混凝土，可有效提高预制层刚度，实现无支撑化施工作业。

　　 2) 采用空心板形式，可有效降低构件自重，提高构件抵抗外荷载能力。

　　 3) 新型叠合板底部采用再生混凝土、顶部采用普通混凝土，在不影响构件极限承载力的同时，也不影响构件负弯矩区的抗拉能力。

　　 4) 通过设置底部钢板，可避免正弯矩区混凝土开裂及影响混凝土耐久性。

　　 文献[11]对钢筋混凝土空心叠合板进行了试验研究，考虑到本文提出的钢板-混凝土叠合空心板与文献[11]中钢筋混凝土叠合空心板建模技术相似，首先基于钢筋混凝土空心叠合板的试验数据，验证采用ABAQUS软件建立此类构件模型的可靠性。文献[11]中钢筋混凝土空心叠合板的主要参数和结果如表1所示。2组试件中部聚苯板尺寸为550mm×250mm×100mm，纵向间隔50mm。

　　 采用ABAQUS软件建立简支条件下钢筋混凝土叠合空心板有限元模型，将钢筋嵌入混凝土中。试件的尺寸和材料采用试验实测数据，混凝土采用塑性损伤模型，钢筋采用理想弹塑性模型。对试件分别施加均布荷载6.4kN/m和11.2kN/m，得到试件的荷载-变形曲线、裂缝分布模式等。

　　 试件荷载-变形曲线试验结果与模拟结果对比如图6所示。本文建立的有限元模型可有效模拟2个钢筋混凝土空心叠合板的荷载-变形曲线。试验结果与预测结果最大相差约为15%，主要是由试验离散性导致。通过有限元模型的PEEQT (拉伸等效塑性应变) 也可以一定程度上反映试件的裂缝分布模式，如图7所示。大部分裂缝延伸至叠合面，且未出现沿叠合面的水平裂缝;加载到后期，裂缝分布较均匀。

　　 基于上述对比结果可知，采用有限元建模技术可有效预测钢筋混凝土空心叠合板受弯性能，基于该技术可进行钢板-再生混凝土空心叠合板受弯性能的有限元分析。

　　 钢板-再生混凝土空心叠合板的几何尺寸和材料性能如表2所示，试件命名原则为“CB-钢板厚度”。其中试件CB-0.6, CB-1.2为文献[11]中DHB-10, DHB-14的对比试件，底部受拉钢板的面积与受拉钢筋的面积相同。混凝土的力学性能根据文献[18]确定。

　　 钢板-再生混凝土空心叠合板与钢筋混凝土空心叠合板的荷载-变形曲线对比结果如图8所示，二者的受弯性能相似，且钢板-再生混凝土空心叠合板的刚度略高于钢筋混凝土空心叠合板，这主要是因为与钢筋相比，钢板位于试件最底部 (不需要保护层厚度) ，距中和轴较远，荷载作用下易发挥作用。

　　 试件裂缝分布模式如图9所示，其裂缝分布模式与钢筋混凝土空心叠合板相似，加载中后期，裂缝大都延伸至叠合面附近，且分布较为均匀。

　　 基于上述研究可以表明，钢板-再生混凝土叠合空心板呈现出与钢筋混凝土空心叠合板相似的受弯力学性能，可以应用于钢-混凝土组合结构地铁车站中。

　　 基于对现有地铁车站楼板形式的总结评述，提出适用于大跨度钢-混凝土组合结构地铁车站的楼板形式，并对其受弯性能进行有限元分析，主要得到以下结论。

　　 1) 现有地铁车站楼板主要采用现浇钢筋混凝土楼板形式，部分学者对混凝土预应力板和叠合板进行了试验和工程应用初探。现有的地铁车站楼板均可以参考现有的混凝土结构设计标准进行设计。

　　 2) 本文采用的有限元建模技术可靠，钢筋混凝土空心叠合板受弯性能的试验结果与有限元结果最大相差15%。

　　 3) 本文提出的钢板-再生混凝土空心叠合板比相同配筋率的钢筋混凝土空心叠合板结构刚度大、承载力高，可以应用于钢-混凝土组合结构装配式地铁车站。