某綜合管廊關鍵節點局部開大洞對結構受力性能的影響

唐甜甜

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 2 00092）

某綜合管廊關鍵節點局部開大洞對結構受力性能的影響

唐甜甜

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 2 00092）

通過對某綜合管廊關鍵節點的三維模型及二維平面模型分析的對比，給出在中板開大洞時平面計算模型如何簡化較為合理，可為設計人員提供設計依據。

綜合管廊；開大洞；三維模型；二維模型

0 引 言

隨著我國城鎮化進程的不斷推進，土地資源越來越稀缺，傳統的管線鋪裝方法會導致施工的不斷重復，給人民的正常生活帶來了不便，且不利于環境的保護，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市政共用隧道，將電力、通信、供水、燃氣等多種市政管線集中在一體，實行“統一規劃、統一建設、統一管理”，以做到地下空間的綜合利用和資源的共享。從保護環境，節約土地資源、保證地下管線安全運營等各方面綜合管廊都有積極地意義，是我國管線建設的方向和趨勢，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《城市工程管線綜合規劃規范》（GB 50289－98）有關規定，綜合管廊內宜敷設電信電纜管線、低壓配電電纜管線、給水管線、熱力管線、雨污水排水管線。在結合該區域道路的延伸情況以及用地情況進行平面及橫斷面的設計中，還需要進行關鍵節點的設計，以保證地下空間的通風性、施工設備的便利進出及施工人員的便利進出等等施工的實際需要，以燃氣倉為例，關鍵節點一般包括：燃氣倉投料口（保證燃氣管道、設備的進出）及燃氣倉通風口（保證燃氣倉的通風性）。投料口，顧名思義為燃氣倉設備的投遞出入口，由于設備較長，需要留設較長的洞口來滿足安裝的需求[1-6]。

以?？谑心尘C合管廊燃氣倉投料口為例，燃氣倉投料口洞口長達13 m。在這種情況下側壁直接按懸壁進行計算，墻底彎矩會很大，側壁厚度及配筋都需要增加，一般我們采取在洞口設置暗梁的方法使得洞口處水平位移很小，小到忽略不計則認為這個地方是一個鉸支座，但當洞口很大，梁的跨度很長時，這根梁本身的剛度有限，還是會產生變形，進而對側壁彎矩產生影響，跟平面計算時，按鉸支座計算是不一樣的，但在設計時，不可能每次都將整個節點拿出來進行三維計算，本文將通過對特定節點的三維模型與二維模型受力分析的對比，給出該如何簡化三維模型進行計算對主體結構的彎矩影響可以忽略不計，以便于設計人員的實際操作。

1 計算模型

本文以海口某段綜合管廊燃氣倉投料口為例 ， 采 用 Autodesk RobotStructuralAnalysis Professional2014軟件分別對三維模型和二維平面模型進行分析。該節點處于中心綠化帶下，為雙層雙倉節點，其中標準段埋深為3.5 m，底板底埋深11.35 m，投料口總長20 m，在-3.500 m標高頂板處有一處開洞，洞口長為13 m，洞口處設置暗梁，暗梁沿整個節點X向通長設置，暗梁尺寸為450 mm× 2 600 mm，頂板厚450 mm,中板厚500 mm,底板及側墻厚700 mm,中隔墻厚300 mm，混凝土等級為C35，結構的整體三維模型見圖2。

圖2 燃氣倉投料口三維模型

三維模型中所有板件均采用板單元進行模擬，對底板施加彈性約束，限制其在X向和Y向的水平位移，Z向上設置了無數個彈簧，考慮了結構與土體的共同作用，整個結構受到的荷載包括：左右兩側的土壓力和超載產生的土壓力、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標高的頂板平面圖，在其中選取兩個代表性剖面進行平面受力分析，分別為標準段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寬的桿單元進行模擬，由于底板不會產生Y方向的位移，只需要限制底板在X方向的位移，Z向上同樣設置彈性地基，荷載取值與三維模型相同。

圖3 -3.500 m標高頂板平面圖(單位：mm)

圖5 投料口開洞處3-3剖面(單位：mm)

2 計算結果分析

圖6為三維模型計算出來的彎矩圖，圖7為三維模型Z向位移云圖，圖8、圖9為二維模型計算出來的彎矩圖，其中3-3剖面的二維計算模型中開洞處設為水平鉸支座，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，右側側墻彎矩沿Y向變化較為均勻，左側側墻（開洞一側）沿Y向變化較大，特別是-6.450標高處側墻底彎矩在洞口處增大較多，從洞口中心處往兩側此值逐漸減小。

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剖面與平面計算出來的結果進行對比，根據圖3所示，這三個剖面分別為投料口洞口右側標準段1-1剖、投料口洞口左側標準段2-2剖及投料口洞口處3-3剖，將墻底彎矩列表對比，見表1。

從表1中可知，二維模型計算出來的結果與三維模型中2-2剖計算出來的結果幾乎一樣，最大差異不到1%，但1-1剖面的左側墻底彎矩比二維模型計算出來的結果要大7.35%，這是由于三維模型在整體荷載上的不均勻分布，導致在整個節點的右上側即1-1剖面的左側墻墻底局部產生了較大的沉降，從而導致洞口右側的左側墻底彎矩最大。

圖9 3-3剖面彎矩圖（鉸支座）

表1 彎矩結果對比（標準段） kN·m

將三維模型中的3-3剖的彎矩結果與二維模型計算出來的彎矩結果列表，見表2。可得與標準段相比，3-3剖面的左右側側墻底彎矩均小于標準段計算出來的結果，三維模型計算出來的洞口-6.450標高處側墻彎矩比二維模型按鉸支座計算出來的側墻彎矩大86.3%，這是由于按鉸支座計算時，-3.500 m標高暗梁處沒有位移，而實際情況下此處會產生一定的位移，則會影響到-6.450 m標高處側墻的彎矩，若將此暗梁視為一根簡支梁，則此暗梁將產生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，按二維模型計算后的彎矩圖見圖10。根據彎矩圖可得，-6.450標高處左墻彎矩為388.81 kN.m，比三維實際計算結果大了47%，這是由于-0.800 m標高處在二維建模時x方向是按無約束考慮的，但實際上-0.800 m標高這塊板相當于一根1.6 m高的暗梁，端部與側墻連接，存在有限剛度，根據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算時考慮進去，則-6.450標高處左墻彎矩為260.98 kN·m，見圖11，與三維計算結果比較接近。但由于二維計算模型沒有考慮到空間上力的傳遞，此處由于存在投料口，覆土面積比標準段要小，計算出來的側墻彎矩要遠小于三維模型計算出來的側墻彎矩，而實際三維模型計算出來的結果僅比標準段的側墻彎矩略小，在實際設計配筋時應按照標準段的計算結果進行配筋比較合理。

表2 彎矩結果對比（洞口段） kN·m

圖10 3-3剖面彎矩圖（一處彈性支座）

3 結 論

本文通過ROBOt軟件對三維模型及二維平面模型的結果進行對比，得出了以下主要結論：

（1）對于綜合管廊標準段可以直接采用平面模型進行設計，與三維模型計算結果比較接近，但當整個節點荷載在長度方向上分布特別不均勻時，需要適當考慮沉降較大處產生的應力集中；

圖11 3-3剖面彎矩圖（兩處彈性支座）

（2）對于開大洞的剖面采用平面模型計算時，暗梁處應采用彈性支座進行模擬，直接按鉸支座計算對開洞平面下層的側墻彎矩非常不利，且側墻彎矩均應按照標準段二維計算結果與開大洞處二維計算結果進行包絡設計，因為開大洞處荷載比標準段小，反而會導致側墻彎矩的減小，直接按此二維結果進行設計是不利的。

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

由于本文的計算對比分析具有針對性，對于開洞跨度小于13m的投料口具有借鑒意義，但當跨度特別大時，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一步論證。

[1]GB 50838-2015,城市綜合管廊工程技術規范[S].

[2]GB 50069-2016,給水排水工程構筑物結構設計規范[S].

[3]王恒棟.GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術規范》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,2012(5): 61-62.

[5]胡維思.城市地下綜合管廊結構設計要點分析[J].工程技術（引文版），2016,6(9):267.

[6]胡詠祥.城市綜合管廊設計重點及實例應用探究[J].建筑科技, 2016(8):152-153.

TU990.3

B

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計工作。