基底彈性支撐的模擬對綜合管廊標準段內力的影響

李林軼

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司 天津 300074）

伴隨著國內綜合管廊的發展，越來越多的綜合管廊已經應用于工程實踐中，是未來城市發展的必然趨勢。但是工程師對綜合管廊的計算方法特別是彈性支撐模擬的方法也是不盡相同，因此筆者結合大西安（咸陽）文化體育功能區緯五路綜合管廊工程提出一種最接近實際的彈性支撐模擬方法，有待同行們指教。

1 工程概述

本工程綜合管廊標準段為雙艙（（2.3m+4.1m）×3.9m）結構。計算方法采用Midascivil梁單元建模，對邊界條件采用節點彈性支撐，其中頂板厚為400mm，底板厚為450mm，外側壁厚為400mm，中壁厚350mm。模型單元劃分和邊界條件模擬如圖1。

圖1 綜合管廊標準段底板邊界條件模擬

2 參數的選取

2.1 設計參數、荷載選值

綜合管廊標準段采用C40混凝土，結構安全等級為一級，最大裂縫寬度限值＜0.2mm，環境類別為二a類，由于地下水位埋深較大，所以不考慮地下水影響。

頂板土壓力：頂板上覆土厚度為 3.5m，qν=γh=18×3.5=63kN/m2；

側土壓力：高度為 3.5～8m，ej=ξγh=32～72kN/m2；

由于綜合管廊標準段全處于人行道下，所以活載的模擬按照5kPa作用于綜合管廊頂。

2.2 邊界條件-基底土的彈性剛度計算方法

管廊底板基礎的內力分析及結構設計是基礎設計的重要一環。基礎內力計算的關鍵在于求解基底反力大小和分布，實質上這是管廊結構和地基的共同工作課題。也就是說，不應將管廊結構和地基二者分開后單獨求解，因為管廊結構和地基之間的相互作用力都是與二者之間的變形特性和剛度條件密切相關的。

一般結構的簡化計算方法是將結構分離出來單獨計算，求得作用在基礎上的力后進行基礎設計、最后將基礎所受的作用力作為作用在地基上的荷載進行地基計算，計算過程中一般需采用一些簡化計算的假定，因而是一種不能滿足地基與結構變形協調條件的實用簡化計算。精確的計算是選擇適當的地基模型，考慮上部結構、基礎、地基的共同工作-即彈性地基上結構物分析的方法。

本工程的彈性地基分析首先采用建筑里的一種計算方法，選取文克爾地基模型，假設地基上任一點所受的壓力p只與該點的地基沉降s成正比，即p=ks，k為基床系數，表示產生單位沉降所需的反力，S為彈性支撐代表的結構底面面積，這里按照每平方米計算。本工程所處地質為黃土，可塑黏性土k取值為20000kN/m3。根據公式得每平方米的受壓彈性剛度=20000kN/m。

其次采用橋梁計算的一種通用方法，按照《公路橋涵地基與基礎設計規范》受壓彈性剛度=I，S為彈性支撐代表的結構底面面積，h為埋置深度，h＜10m時，取10m。這里按照每平方米計算。m0為樁端處的地基豎向抗力系數的比例系數。本工程所處地質為黃土，屬可塑黏性土，m0取值為5000kN/m4。根據公式得每平方米的受壓彈性剛度=50000kN/m。

3 計算結果

為了能更準確的找出基底彈性支撐對綜合管廊標準段的影響規律，這次不僅對比受壓彈性剛度分別為20000kN/m和50000kN/m，并加入了100000kN/m的受壓彈性剛度，分別計算綜合管廊標準段的彎矩、剪力，并進行了對比，結果如表1。

表1

結果表明：受壓彈性剛度的變化對綜合管廊的頂板，側壁，中壁的彎矩值、剪力值影響非常小，在5%以內。但是對底板的彎矩值和剪力值影響比較大，隨著受壓彈性剛度的增加，底板的彎矩最大值減小20%，最小值減小56%，剪力最大值減小21%，最小值減小17%。

4 結論

使用midas梁單元計算綜合管廊標準段，對基底采用彈性支撐模擬邊界條件，受壓彈性剛度的變化對單艙或雙艙綜合管廊的頂板、側壁的內力值影響很小，但是對底板的內力值影響非常大，所以受壓彈性剛度的取值對綜合管廊標準段的計算非常關鍵。

本文介紹的2種基底土的彈性剛度計算方法分別為橋梁和建筑的常用方法。顯而易見，建筑上選取文克爾地基模型的取值對于綜合管廊標準段內力的計算更加保守，而本文介紹的橋梁計算彈性剛度的方法更適用于樁基礎的豎向抗力計算，在管廊的計算上采用此取值并不是很符合實際情況。

[1]《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTGD63-2007）.

[2]地基與基礎（第三版）中國建筑工業出版社.