唐甜甜

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 2 00092）

某綜合管廊關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)局部開大洞對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響

唐甜甜

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 2 00092）

通過對(duì)某綜合管廊關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的三維模型及二維平面模型分析的對(duì)比，給出在中板開大洞時(shí)平面計(jì)算模型如何簡(jiǎn)化較為合理，可為設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

綜合管廊；開大洞；三維模型；二維模型

0 引 言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，土地資源越來越稀缺，傳統(tǒng)的管線鋪裝方法會(huì)導(dǎo)致施工的不斷重復(fù)，給人民的正常生活帶來了不便，且不利于環(huán)境的保護(hù)，綜合管廊可在源頭上解決這些問題。綜合管廊是指在城市道路下面建造一個(gè)市政共用隧道，將電力、通信、供水、燃?xì)獾榷喾N市政管線集中在一體，實(shí)行“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理”，以做到地下空間的綜合利用和資源的共享。從保護(hù)環(huán)境，節(jié)約土地資源、保證地下管線安全運(yùn)營等各方面綜合管廊都有積極地意義，是我國管線建設(shè)的方向和趨勢(shì)，見圖1。

圖1 綜合管廊示意圖

綜合管廊一般包括干線綜合管廊、支線綜合管廊和電纜溝，根據(jù)《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》（GB 50289－98）有關(guān)規(guī)定，綜合管廊內(nèi)宜敷設(shè)電信電纜管線、低壓配電電纜管線、給水管線、熱力管線、雨污水排水管線。在結(jié)合該區(qū)域道路的延伸情況以及用地情況進(jìn)行平面及橫斷面的設(shè)計(jì)中，還需要進(jìn)行關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，以保證地下空間的通風(fēng)性、施工設(shè)備的便利進(jìn)出及施工人員的便利進(jìn)出等等施工的實(shí)際需要，以燃?xì)鈧}為例，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)一般包括：燃?xì)鈧}投料口（保證燃?xì)夤艿?、設(shè)備的進(jìn)出）及燃?xì)鈧}通風(fēng)口（保證燃?xì)鈧}的通風(fēng)性）。投料口，顧名思義為燃?xì)鈧}設(shè)備的投遞出入口，由于設(shè)備較長，需要留設(shè)較長的洞口來滿足安裝的需求[1-6]。

以?？谑心尘C合管廊燃?xì)鈧}投料口為例，燃?xì)鈧}投料口洞口長達(dá)13 m。在這種情況下側(cè)壁直接按懸壁進(jìn)行計(jì)算，墻底彎矩會(huì)很大，側(cè)壁厚度及配筋都需要增加，一般我們采取在洞口設(shè)置暗梁的方法使得洞口處水平位移很小，小到忽略不計(jì)則認(rèn)為這個(gè)地方是一個(gè)鉸支座，但當(dāng)洞口很大，梁的跨度很長時(shí)，這根梁本身的剛度有限，還是會(huì)產(chǎn)生變形，進(jìn)而對(duì)側(cè)壁彎矩產(chǎn)生影響，跟平面計(jì)算時(shí)，按鉸支座計(jì)算是不一樣的，但在設(shè)計(jì)時(shí)，不可能每次都將整個(gè)節(jié)點(diǎn)拿出來進(jìn)行三維計(jì)算，本文將通過對(duì)特定節(jié)點(diǎn)的三維模型與二維模型受力分析的對(duì)比，給出該如何簡(jiǎn)化三維模型進(jìn)行計(jì)算對(duì)主體結(jié)構(gòu)的彎矩影響可以忽略不計(jì)，以便于設(shè)計(jì)人員的實(shí)際操作。

1 計(jì)算模型

本文以海口某段綜合管廊燃?xì)鈧}投料口為例 ， 采 用 Autodesk RobotStructuralAnalysis Professional2014軟件分別對(duì)三維模型和二維平面模型進(jìn)行分析。該節(jié)點(diǎn)處于中心綠化帶下，為雙層雙倉節(jié)點(diǎn)，其中標(biāo)準(zhǔn)段埋深為3.5 m，底板底埋深11.35 m，投料口總長20 m，在-3.500 m標(biāo)高頂板處有一處開洞，洞口長為13 m，洞口處設(shè)置暗梁，暗梁沿整個(gè)節(jié)點(diǎn)X向通長設(shè)置，暗梁尺寸為450 mm× 2 600 mm，頂板厚450 mm,中板厚500 mm,底板及側(cè)墻厚700 mm,中隔墻厚300 mm，混凝土等級(jí)為C35，結(jié)構(gòu)的整體三維模型見圖2。

圖2 燃?xì)鈧}投料口三維模型

三維模型中所有板件均采用板單元進(jìn)行模擬，對(duì)底板施加彈性約束，限制其在X向和Y向的水平位移，Z向上設(shè)置了無數(shù)個(gè)彈簧，考慮了結(jié)構(gòu)與土體的共同作用，整個(gè)結(jié)構(gòu)受到的荷載包括：左右兩側(cè)的土壓力和超載產(chǎn)生的土壓力、頂板上的覆土荷載和超載以及底板和中板的活荷載。

圖3為-3.500 m標(biāo)高的頂板平面圖，在其中選取兩個(gè)代表性剖面進(jìn)行平面受力分析，分別為標(biāo)準(zhǔn)段1-1剖面，2-2剖面（見圖4），投料口開洞3-3剖面（見圖5）。平面模型中所有板件采用1 m寬的桿單元進(jìn)行模擬，由于底板不會(huì)產(chǎn)生Y方向的位移，只需要限制底板在X方向的位移，Z向上同樣設(shè)置彈性地基，荷載取值與三維模型相同。

圖3 -3.500 m標(biāo)高頂板平面圖(單位：mm)

圖5 投料口開洞處3-3剖面(單位：mm)

2 計(jì)算結(jié)果分析

圖6為三維模型計(jì)算出來的彎矩圖，圖7為三維模型Z向位移云圖，圖8、圖9為二維模型計(jì)算出來的彎矩圖，其中3-3剖面的二維計(jì)算模型中開洞處設(shè)為水平鉸支座，限制該洞口在X方向的位移，其余截面、荷載、底板約束條件均一致。

從三維模型的彎矩彩圖中可以看出，右側(cè)側(cè)墻彎矩沿Y向變化較為均勻，左側(cè)側(cè)墻（開洞一側(cè)）沿Y向變化較大，特別是-6.450標(biāo)高處側(cè)墻底彎矩在洞口處增大較多，從洞口中心處往兩側(cè)此值逐漸減小。

圖6 三維模型彎矩圖

圖7 三維模型Z向位移云圖

圖8 1-1剖面彎矩圖

在三維模型中取三個(gè)剖面與平面計(jì)算出來的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)圖3所示，這三個(gè)剖面分別為投料口洞口右側(cè)標(biāo)準(zhǔn)段1-1剖、投料口洞口左側(cè)標(biāo)準(zhǔn)段2-2剖及投料口洞口處3-3剖，將墻底彎矩列表對(duì)比，見表1。

從表1中可知，二維模型計(jì)算出來的結(jié)果與三維模型中2-2剖計(jì)算出來的結(jié)果幾乎一樣，最大差異不到1%，但1-1剖面的左側(cè)墻底彎矩比二維模型計(jì)算出來的結(jié)果要大7.35%，這是由于三維模型在整體荷載上的不均勻分布，導(dǎo)致在整個(gè)節(jié)點(diǎn)的右上側(cè)即1-1剖面的左側(cè)墻墻底局部產(chǎn)生了較大的沉降，從而導(dǎo)致洞口右側(cè)的左側(cè)墻底彎矩最大。

圖9 3-3剖面彎矩圖（鉸支座）

表1 彎矩結(jié)果對(duì)比（標(biāo)準(zhǔn)段） kN·m

將三維模型中的3-3剖的彎矩結(jié)果與二維模型計(jì)算出來的彎矩結(jié)果列表，見表2。可得與標(biāo)準(zhǔn)段相比，3-3剖面的左右側(cè)側(cè)墻底彎矩均小于標(biāo)準(zhǔn)段計(jì)算出來的結(jié)果，三維模型計(jì)算出來的洞口-6.450標(biāo)高處側(cè)墻彎矩比二維模型按鉸支座計(jì)算出來的側(cè)墻彎矩大86.3%，這是由于按鉸支座計(jì)算時(shí)，-3.500 m標(biāo)高暗梁處沒有位移，而實(shí)際情況下此處會(huì)產(chǎn)生一定的位移，則會(huì)影響到-6.450 m標(biāo)高處側(cè)墻的彎矩，若將此暗梁視為一根簡(jiǎn)支梁，則此暗梁將產(chǎn)生0.47 cm的彈性位移，將這一位移賦予此處支座，即在x方向上賦予該支座55 832 kN/m的彈簧剛度，按二維模型計(jì)算后的彎矩圖見圖10。根據(jù)彎矩圖可得，-6.450標(biāo)高處左墻彎矩為388.81 kN.m，比三維實(shí)際計(jì)算結(jié)果大了47%，這是由于-0.800 m標(biāo)高處在二維建模時(shí)x方向是按無約束考慮的，但實(shí)際上-0.800 m標(biāo)高這塊板相當(dāng)于一根1.6 m高的暗梁，端部與側(cè)墻連接，存在有限剛度，根據(jù)x向的位移云圖可知，此塊板最大位移為-0.4 cm，將此剛度在二維平面計(jì)算時(shí)考慮進(jìn)去，則-6.450標(biāo)高處左墻彎矩為260.98 kN·m，見圖11，與三維計(jì)算結(jié)果比較接近。但由于二維計(jì)算模型沒有考慮到空間上力的傳遞，此處由于存在投料口，覆土面積比標(biāo)準(zhǔn)段要小，計(jì)算出來的側(cè)墻彎矩要遠(yuǎn)小于三維模型計(jì)算出來的側(cè)墻彎矩，而實(shí)際三維模型計(jì)算出來的結(jié)果僅比標(biāo)準(zhǔn)段的側(cè)墻彎矩略小，在實(shí)際設(shè)計(jì)配筋時(shí)應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)段的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配筋比較合理。

表2 彎矩結(jié)果對(duì)比（洞口段） kN·m

圖10 3-3剖面彎矩圖（一處彈性支座）

3 結(jié) 論

本文通過ROBOt軟件對(duì)三維模型及二維平面模型的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出了以下主要結(jié)論：

（1）對(duì)于綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段可以直接采用平面模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，與三維模型計(jì)算結(jié)果比較接近，但當(dāng)整個(gè)節(jié)點(diǎn)荷載在長度方向上分布特別不均勻時(shí)，需要適當(dāng)考慮沉降較大處產(chǎn)生的應(yīng)力集中；

圖11 3-3剖面彎矩圖（兩處彈性支座）

（2）對(duì)于開大洞的剖面采用平面模型計(jì)算時(shí)，暗梁處應(yīng)采用彈性支座進(jìn)行模擬，直接按鉸支座計(jì)算對(duì)開洞平面下層的側(cè)墻彎矩非常不利，且側(cè)墻彎矩均應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)段二維計(jì)算結(jié)果與開大洞處二維計(jì)算結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，因?yàn)殚_大洞處荷載比標(biāo)準(zhǔn)段小，反而會(huì)導(dǎo)致側(cè)墻彎矩的減小，直接按此二維結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)是不利的。

（3）開大洞處彈性支座的剛度可按一根兩端簡(jiǎn)支的梁在不考慮鋼筋布置的情況下計(jì)算出來的剛度進(jìn)行設(shè)置。

由于本文的計(jì)算對(duì)比分析具有針對(duì)性，對(duì)于開洞跨度小于13m的投料口具有借鑒意義，但當(dāng)跨度特別大時(shí)，由于空間作用傳遞效率的折減，彈性支座的剛度如何選取還需要進(jìn)一步論證。

[1]GB 50838-2015,城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB 50069-2016,給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]王恒棟.GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》解讀[J].中國建筑防水,2016(14):34-37.

[4]周志剛.某綜合管廊受力性能分析[J].低溫建筑技術(shù),2012(5): 61-62.

[5]胡維思.城市地下綜合管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].工程技術(shù)（引文版），2016,6(9):267.

[6]胡詠祥.城市綜合管廊設(shè)計(jì)重點(diǎn)及實(shí)例應(yīng)用探究[J].建筑科技, 2016(8):152-153.

TU990.3

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1009-7716（2017）01-0161-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.047

2016-10-27

唐甜甜（1986-），女，湖北仙桃人，工程師，從事城市綜合管廊設(shè)計(jì)工作。