共同溝矩形斷面內(nèi)部形式對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響

康炎龍

（河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，河南 鄭州 450001）

共同溝矩形斷面內(nèi)部形式對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響

康炎龍

（河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，河南 鄭州 450001）

在國(guó)內(nèi)共同溝還沒(méi)有通用的標(biāo)準(zhǔn)斷面形式，斷面形式總體上可分為矩形、圓形和橢圓形。矩形斷面應(yīng)用最為廣泛。斷面內(nèi)部形式的不同會(huì)影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力性能。該文應(yīng)用ABAQUS有限元分析程序，僅對(duì)不同內(nèi)部形式的矩形斷面進(jìn)行建模分析，得出一些結(jié)論希望對(duì)共同溝矩形斷面的設(shè)計(jì)提供相應(yīng)依據(jù)。

共同溝；矩形斷面形式；結(jié)構(gòu)受力；有限元

1 矩形斷面常見形式

矩形斷面施工方便，非常適合于明挖施工，此種施工方法投資較少，應(yīng)用比較廣泛。由于共同溝斷面尺寸比較大，將斷面進(jìn)行合理的劃分是十分有必要的。共同溝內(nèi)部放置了各種通訊電纜和管道，截面尺寸很大，本文高度方向取為7.2m，寬度取為13.4m。并對(duì)其截面沿寬度方向進(jìn)行二等分，三等分和高度方向進(jìn)行二等分，其他分隔形式可以以此文的分析作為參考。

2 荷載種類

矩形斷面的共同溝一般都淺埋于地下，板頂覆土厚度一般為3m～5m，按恒荷載考慮取值為25kN/m2；路面的做法取為6kN/m2；共同溝墻周圍土容重取26KN/m3；結(jié)構(gòu)自重26kN/m2。管廊設(shè)備夾層為活荷載取為5kN/m2；地面超載取為20kN/m2；人群荷載取為4kN/m2；道路汽車荷載按城-A級(jí)考慮，計(jì)算彎矩時(shí)標(biāo)準(zhǔn)值取為22.5kN/m，計(jì)算剪力時(shí)標(biāo)準(zhǔn)值取為37.5kN/m。荷載設(shè)計(jì)值依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）的規(guī)定取值［1］。共同溝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為100年，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068-2001）的規(guī)定，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.1［2］。

3 有限元模型

分析模型的建立采用ABAQUS有限元分析軟件，主體結(jié)構(gòu)為混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C40，采用各向同性材料，彈性模量取為3.25×104MPa。

ABAQUS中混凝土采用塑性損傷模型，該模型為彈塑性模型。應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線分為受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線和受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線［3］。混凝土單軸受拉的應(yīng)力應(yīng)變曲線按下式規(guī)定采用：

式中：αt—混凝土單軸受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段的參數(shù)值，按表1取用；

ft，r—混凝土的單軸抗拉強(qiáng)度代表值，其值可根據(jù)實(shí)際

混凝土單軸受壓的應(yīng)力應(yīng)變曲線可按下是規(guī)定采用

表1 混凝土單軸受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線的參數(shù)取值

表2 混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線的參數(shù)取值

表3 受拉應(yīng)力應(yīng)變?nèi)≈?/p>

表4 受壓應(yīng)力應(yīng)變?nèi)≈?/p>

式中：αc—混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段參數(shù)值，按表2取用；

fc,r—混凝土的單軸抗壓強(qiáng)度代表值，其值可根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)分析需要分別取、或；

圖1 C40混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線

由于共同溝縱向比較長(zhǎng)，現(xiàn)選取10m的縱向計(jì)算長(zhǎng)度作為代表，外部混凝土墻體厚度為600mm，內(nèi)部混凝土分隔墻厚度為300mm。單元類型選擇二次減縮積分單元（C3D20R）。在應(yīng)用ABAQUS有限元程序進(jìn)行分析時(shí)，長(zhǎng)度單位采用m，力的單位采用N，質(zhì)量的單位采用kg，密度采用kg/m3，應(yīng)力的單位采用N/m2，時(shí)間的單位采用s［6］。相應(yīng)的有限元分析模型如圖2-圖5所示。

圖 2

圖 3

圖 4

圖 5

4 計(jì)算分析結(jié)果

經(jīng)ABAQUS分析以上四種截面類型的應(yīng)力云圖和變形圖如下：

圖6 圖2截面形式對(duì)應(yīng)應(yīng)力和位移

圖7 圖3截面形式對(duì)應(yīng)應(yīng)力和位移

圖8 圖4截面形式對(duì)應(yīng)應(yīng)力和位移

圖9 圖5截面形式對(duì)應(yīng)應(yīng)力和位移

5 結(jié)果分析

從ABAQUS分析結(jié)果可以看出，內(nèi)部無(wú)分隔的矩形截面在同樣大小的荷載作用下內(nèi)里和變形相對(duì)較大，隨著內(nèi)部分隔的增多應(yīng)力和變形都隨之減小。四種截面形式頂板所受到的應(yīng)力最大，其中1/3處所受應(yīng)力最大。頂板端部?jī)?nèi)側(cè)應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯，此處應(yīng)該增加厚度，配筋應(yīng)相應(yīng)增多。底板所受應(yīng)力最小，但是由于與土接觸且內(nèi)部需要放置各種管道，底板應(yīng)該保持一定的厚度。

［1］GB50009-2012.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.2012.

［2］GB 50068-2001.建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［S］，2001.

［3］朱伯芳.有限單元法原理與應(yīng)用.北京：水利電力出版社，1979.

［4］江見鯨.鋼筋混凝土非線性有限元分析.西安：陜西科技出版社，1994.

［5］GB 50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］，2010.

［6］張建華，丁磊.ABAQUS基礎(chǔ)入門與案例精通［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

康炎龍（1988.01-），男，研究生在讀，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。

TU990.3

A

1003-5168（2015）11-047-03