双仓综合管廊结构设计优化研究.pdf
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1、2023.21 科学技术创新双仓综合管廊结构设计优化研究李肖华1,孙建波1,贺凤春1,王立勇2,柳明祥2,陈静2(1.中信建设有限责任公司,北京;2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司,湖北 武汉)前言地下综合管廊对提高城市地下空间的有效利用率、提升市容市貌和美化环境有着至关重要的作用,同时能够有效避免道路重复开挖和市政管线隔空敷设的缺点,也为城市管线未来的检修提供了便利1-2。近年来,随着我国地下空间开发与应用的飞速发展,地下综合管廊建设也在如火如荼地进行中3。然而,建设中也出现了诸多的问题,例如设计规范与实际施工技术存在不匹配的问题,难以有效指导施工4,各部门之间协调沟通困难,而地下综合
2、管廊的投资模式、建成以后运营维修等诸多问题也需深入研究5。本文以某地下综合管廊为例,构建了标准段主体结构的有限元模型,对整体结构进行了各种荷载组合作用下的受力性能分析,以便于更好地指导地下综合管廊后续施工,同时也对地下综合管廊设计规范的完善起到了一定借鉴作用6。1概述1.1项目背景内江市位于天府之国东南部,是川内第二大交通枢纽,是川东南乃至西南各省交通的重要交汇点。国道 321 线现为四车道一级过境公路,缺失市政管网、人行及景观设施,不具备城市道路功能。路线基本沿现状沟谷地带布置,总体线位标高较低,与两侧山体间高差较大,最大约 45 m,造成南北片区隔离,周边土地场平弃方多,局部地区两侧地块与
3、道路间成“V”形倒坡等不利情况。G321 管廊本次实施范围为站二路北至成渝高铁东侧,与 G321 西林大道至花园滩大桥段管廊相接,为双舱管廊,全长 2.733 km;综合管廊布置于道路西(南)侧绿化带内。1.2设计原则根据“经济适用、适当预留”的原则和管线规模,确定 G321 综合管廊标准断面:10 kV 电缆、通信线缆、给水及中水位于电力综合舱,舱内为 10 kV 电力电缆预留 5 排支架,为通信线缆预留 4 排支架,给水及中水布置于支墩上;电缆综合舱净结构尺寸为 3.6 m伊3.2 m;110 kV 电缆电缆布置于高压舱,舱室净结构尺寸为 1.7 m伊3.2 m。结构设计使用年限 100
4、年。裂缝宽度不得超过 0.2 mm。抗浮水位为设计地面依0.000,整体抗浮安全系数取为 1.05。管位横断面如图 1 所示。图 1G321 管位横断面2有限元模型建立2.1土层参数地下综合管廊所经处的土体相关参数见表 1。摘要:近年来我国地下空间的建设与开发高速发展,地下综合管廊建设提高了城市地下空间利用率,提升了市容市貌和美化了环境。但建设中也出现了诸多的问题,目前设计规范尚不完善,难以有效指导施工。本文以某地下综合管廊为例,构建了标准段主体结构的有限元模型,对整体结构进行了各种荷载组合作用下的受力性能分析,检算各结构受力和变形、混凝土裂缝、整体结构抗浮能力以及基地应力,以便于更好地指导地
5、下综合管廊后续施工,同时也希望对地下综合管廊设计规范的完善起到了借鉴意义。关键词:综合管廊;设计优化;荷载组合;力学特性中图分类号院TU990.3文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤21-0185-04作者简介:李肖华(1980-),男,本科,高级工程师,研究方向:土木工程施工。185-科学技术创新 2023.212.2结构计算参数(1)填土与结构材料特性。混凝土采用 C40 防水混凝土。钢筋采用普通钢筋 HRB400,迎土面纵筋保护层厚度为 50 mm,其余保护层厚度 30 mm。压实回填土天然容重取为 19.00 kN/m3,压实回填土饱和容重取为 20.00 kN/m3
6、,填土的内摩擦角取 渍=30毅,侧压系数 姿=tan2(45毅-渍/2)=0.333,水容重取 10 kN/m3。(2)结构形式。以内江 G321 国道综合管廊标准段节点为例,结构为两层双仓管廊,底板厚度为 0.4m,侧壁板厚 0.4 m,中板厚 0.25 m,顶板厚 0.4 m。2.3模型建立采用 MidasGen 对综合管廊标准段进行建模,考虑到土体只受压的特性,对管廊底板施加面弹性支撑,竖向基床系数 K=20 000 kN/m3,水平基床系数取6 500 kN/m3,有限元模型及边界条件如图 2 所示。图 2模型及边界条件荷载施加:结构自重取 酌=26 kN/m3,结构重要性系数取 1.
7、1;底板铺装层按厚0.1 m 计入,则重度为 26k N/m3。顶板以上覆土深度为 5 m8 m,按 8 m覆土压实填土重力的竖向土压力和侧向土压力,即最不利情况计算。绿化带按 1.3 m 覆土厚度计入地面堆载作用,按 24 kN/m2加载。根据水位线位置计入水压力及浮力,采用水土分离模式计算竖向水压力底板水浮力和侧向水压力,地下水则按静水压力加载。将车辆等效为填土层厚度,施加于相应的构件上。人群荷载按 2.5 kN/m2计入。管道内设置有给水管 DN300 和DN600,管道水重取满水自重;DN300 支墩尺寸为:0.3m伊0.5 m伊0.65 m,DN600 支墩尺寸为:0.6 m伊0.8
8、 m伊0.8 m,均按 4.0 m 间距布置,根据构件实际位置和自重计算。3板内力验算及配筋标准断面结构的主要构件包括底板、顶板、外壁板及中壁板,按荷载最不利情况计算,分别对各构件进行应力分析,包括验算各构件的抗弯、抗剪和抗裂能力并进行配筋等。3.1底板内力及配筋根据基本组合下 X、Y 方向的弯矩和轴力对各构件配筋,底板 X、Y 方向都属于大偏拉受压,板厚 40cm,因此提取管廊底板内力相应数据后计算配筋,具体见表 2。底板的内力在 X 和 Y 方向上都呈对称分布,最大弯矩在板底 Y 方向,为 301.04 kN m,最大剪力在板顶 Y 方向,为 462.414 kN m,最大值都出现在中部偏
9、下位置。3.2顶板内力及配筋顶板 X、Y 方向都属于大偏拉受压,板厚 40 cm,提取最大拉压应力和弯矩并计算配筋,结果具体见表 3。顶板的内力变化与底板相似,在 X 和 Y 方向上也都 呈 对 称 分 布,最 大 弯 矩 在 板 顶 Y 方 向,为表 1土层参数土层编号 土类 名称 层厚/m 重度/(kN/m3)黏聚力/kPa 内摩擦角/与锚固体摩擦阻力/kPa 1 杂填土 0.70 20.0 5.00 25.00 18.0 2 强风化岩 3.90 22.0 40.00 20.00 90.0 3 中风化岩 20.00 24.1 250.00 28.00 130.0 配筋 位置 M/(kNm/
10、m)N/(kNm)计算 配筋/(cm2/m)实际配筋/(cm2/m)实配 As/(cm2/m)配筋率/%板顶方向 X-12.685-30.313 6.64 d16150 13.41 0.383 板底方向 X-3.705-14.266 6.64 d16150 13.41 0.383 板顶方向 Y-217.965-462.414 18.71 d18100 25.45 0.727 板底方向 Y 301.040-457.424 24.78 d18100 25.45 0.727 表 2管廊底板内力及配筋表 3管廊顶板内力及配筋配筋 位置 M/(kNm/m)N/(kNm)计算配筋/(cm2/m)实际配筋/
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- 综合 结构设计 优化 研究
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