花卉園人行地通安全性分析

1、花卉園人行地通結(jié)構(gòu)荷載驗(yàn)算根據(jù)花卉園人行地通的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和使用狀況，現(xiàn)擬采用有限元數(shù)值模擬的方 法，對(duì)其進(jìn)行荷載驗(yàn)算和安全性分析，以便評(píng)價(jià)其整體結(jié)構(gòu)的安全性。1.1設(shè)計(jì)荷載分類(lèi)及組合根據(jù)城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范(cjj69 - 95)，地通設(shè)計(jì)荷載 分類(lèi)應(yīng)符合表1的規(guī)定。表1荷載分類(lèi)表號(hào) 編1永久荷載(恒載)234567可變荷載89o112力 震 地地通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、受力條件、地下水情況等因素，就施工、使用階段可能同時(shí)出現(xiàn)的作用荷載，選擇最不利荷載組合進(jìn)行計(jì)算。其荷載組合 形式主要有以下兒種：組合i:可變荷載(平板掛車(chē)荷載除外)的一種或兒種與永久荷載的一種或 兒種相組合；組合

2、ii：平板掛車(chē)荷載與結(jié)構(gòu)重力、預(yù)應(yīng)力、土的重力及土側(cè)壓力屮的一種 或幾種組合;ill：在進(jìn)行施工階段驗(yàn)算時(shí)，根據(jù)何能出現(xiàn)的施工荷載進(jìn)行組合；iv：結(jié)構(gòu)重力、預(yù)應(yīng)力、土重及土側(cè)壓力屮的一種或兒種與地震力相組合。 其中人群荷載可按4kn/n?計(jì)算，土的重力對(duì)地道的豎向和水平壓力強(qiáng)度， 可按下式計(jì)算：豎向壓力強(qiáng)度qv=yh水平壓力強(qiáng)度qn=xyh式屮丫一土的重度，kn/m3；h計(jì)算截面至路面頂?shù)母叨?；九一?cè)壓力系數(shù)，按下式計(jì)算：x=tg2 (45-0/2)0土的內(nèi)摩擦角。其他荷載的確定方法可具體參照城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范 (cjj69 - 95)的相關(guān)說(shuō)明。1.2有限元模型及參數(shù)確定花卉園人

3、行地通道埋深約2.0m,洞身主體長(zhǎng)36.9m。通道采用明挖施工，洞 身主體為“門(mén)”型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，襯砌厚度均為4()cm。該地通道場(chǎng)地原地貌 屬丘陵地貌，經(jīng)人工改造，表層為人工填土覆蓋，現(xiàn)地表整體平坦，起伏較小。 地道圍巖為砂巖，砂巖上部成黃灰色，下部灰色，由石英、長(zhǎng)石、云母等礦物組 成，巖質(zhì)硬，裂隙不發(fā)育，巖體較完整。根據(jù)花卉園人行地通設(shè)計(jì)資料和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，選取典型斷面，采用大型有 限元軟件midas/gts并對(duì)其混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載驗(yàn)算。該斷面地通道的混凝土框 架(襯砌)結(jié)構(gòu)斷血圖如圖1：5400圖1花卉園人行地通道襯砌結(jié)構(gòu)斷面圖本地通道可沿縱向取單位長(zhǎng)度(lm)作平而結(jié)構(gòu)計(jì)算，計(jì)算采用

4、荷載-結(jié)構(gòu) 模式，即除了考慮豎向土壓力和水平土壓力外，還用具冇一定剛度的彈簧來(lái)模擬 因地層對(duì)結(jié)構(gòu)變形的約束作用而產(chǎn)生的形變壓力。c30鋼筋混凝土彈性模量 e=31gpa,泊松比u=0.2,重度y =25kn/m地層彈性抗力系數(shù)k=100mpa/mo川川川川川川i圖2有限元計(jì)算模型圖外力邊界：作用在襯砌上的外力分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載。本計(jì) 算不考慮地震等偶然荷載的工況。永久荷載：作用在襯砌上的永久荷載主要有結(jié)構(gòu)自重、頂板覆土重力、土側(cè) 壓力以及地層彈性抗力等。結(jié)構(gòu)口重wi：結(jié)構(gòu)口重w.會(huì)根據(jù)鋼筋混凝土的重度和尺寸參數(shù)口行分配 到模型之屮，計(jì)算時(shí)無(wú)需在邊界上添加結(jié)構(gòu)的自重力。頂板覆土重力

5、w2：地道埋深h=2.0m,覆土重度y =20kn/m3o頂板覆土重力 w2= y bh=20 xl.ox 2.0=40kn/m。土側(cè)壓力e：邊墻土側(cè)壓力左右對(duì)稱(chēng)分布，且從墻頂?shù)綁浅示鶆蚓€形分布 規(guī)律。計(jì)算時(shí)，邊墻土側(cè)壓力系數(shù)x取0.5,墻頂側(cè)壓力ei=0.5x2.0x20=20kn/m； 墻腳側(cè)壓力 e2=0.5x20x(39+2.0)=59kn/m。基本可變荷載：城市汽車(chē)荷載該地道汽車(chē)荷載按照城市a級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。本次計(jì)算按照 該標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，計(jì)算吋，可一直接在頂板之上施加豎直向下分布荷載，大小為pi=20kn/mo汽車(chē)引起的土側(cè)壓力汽車(chē)荷載引起的土側(cè)壓力在側(cè)墻兩側(cè)均勻?qū)ΨQ(chēng)布置，其大小為 ei

6、=e2, =10kn/mo底板人群荷載p2：該地道無(wú)底板，人群荷載不能傳遞到框架結(jié)構(gòu)上去，所以 計(jì)算吋可不考慮人群荷載。荷載組合：本次計(jì)算荷載組合按照永久荷載+基本可變荷載進(jìn)行組合，組合的具體公式 為：s=1.2wi+1.2w2+1.4e+1.4pi+1.4 e'1 3計(jì)算結(jié)果分析1. 3. 1襯砌結(jié)構(gòu)受力特征根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該地通道襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力大小和分布特征如圖3：beam forcefx,knm: -2.64e+002b-1.45887e+002 40.0%-1 57739*0020.0% 1 69590+0020.0%一-181441e+0020.0%j 93293002 0.0

7、%2 0514亦00210.0%2 16995x00211.9%-2 28846e+00216.0%-2 40697"00216.0%-2.52549e+00216.1%-2 64400x002(a) 襯砌結(jié)構(gòu)軸力特征圖beam forcemin：.1.53e+00253e+002hy,kn*m. +1.21618«*002i 12 6%*9 4u76<*00 53%+6 66185<o0】4.0%3 91185<*00125 0%1.16178e*00116 5%.1.58815e*00112.0%-433815e*0017.6%-?.08815e+00

8、16.3%-9.83815e+0015 5% 5.3%-1 53382e*002(b) 襯砌結(jié)構(gòu)彎矩特征圖2.20000t*002-4.40000e+0016 3%-1.76000e+002128%*8.80000e+00113.7%8.80000e-»-001127%-1.3200 葉 002137%4.39989*00113.4%-2.84217e-013133% 1.75999e+0026”+1.32000e+002-2.20000e+002(c) 襯砌結(jié)構(gòu)剪力特征圖 圖3襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖 從內(nèi)力圖上可以看出：(1) 軸力方面：襯砌結(jié)構(gòu)每個(gè)單元所受的軸力均為壓力(值為負(fù))，側(cè)墻軸

9、力從上到下依次線性增大，即墻頂處最小，大小為220kn，墻腳處最大，大小 為264kx；頂板各部位單元的軸力大小均為146kx(2) 頂板、側(cè)墻和的彎矩人小均成拋物線型分布，整個(gè)襯砌結(jié)構(gòu)既存在正 彎矩(內(nèi)側(cè)受拉)，乂存在負(fù)彎矩(外側(cè)受拉)，最大正彎矩出現(xiàn)在頂板屮心位 置，大小為122knm,最大負(fù)彎矩出現(xiàn)在墻頂處的側(cè)墻與頂板的連接部位，大 小為 153 kn mo(3) 頂板、側(cè)墻和底板的剪力均成線性分布，最大剪力出現(xiàn)在頂板兩端靠 近側(cè)墻的部位，大小為220kno進(jìn)而分析可知，頂板中央所受彎矩、墻腳部位所受軸力均較其它部位人，以 及側(cè)墻頂部也受到一定的彎矩和剪力作用，說(shuō)明這些部位是整個(gè)襯砌結(jié)構(gòu)

10、的較薄 弱位置，需引起足夠重視。1.3.2襯砌結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算根據(jù)襯砌結(jié)構(gòu)的受力特征，現(xiàn)擬對(duì)底板中央和墻腳部位的截面強(qiáng)度進(jìn)行配筋 驗(yàn)算。參照公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(jtg d62-2004) 5. 3. 5中鋼筋混凝土矩形截面偏心受壓構(gòu)件的截面強(qiáng)度的計(jì)算方法，鋼筋混凝土 犬偏心受壓構(gòu)件(xw0.56h°)的正截面抗壓承載力需要滿足以下公式：其中，中性軸的位置按下式確定：當(dāng)軸向力n作用于鋼筋a,和ap的重心z間時(shí)，式(2)中左邊第二項(xiàng)取正號(hào); 當(dāng)n作用于他和九的重心以外時(shí)，則取負(fù)號(hào)。若計(jì)算中考慮受壓鋼筋時(shí)，則混凝土受壓區(qū)高度應(yīng)滿足o如不滿足, 則取x=2a/，止截面抗壓

11、承載強(qiáng)度仍按照(1)式進(jìn)行計(jì)算。式中：yo橋涵結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)；汕一軸向力組合設(shè)計(jì)值(mn)；仁一混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；os、。卩一普通鋼筋的抗拉或抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(mpa)；as、a。一受拉和受壓區(qū)普通鋼筋的截面面積(點(diǎn))；a、a/ 自鋼筋as或ap的重心分別至截面最近邊緣的距離(m)；co 軸向力對(duì)界面重心軸的偏心距，co二md/nd ；e、" 一自鋼筋仏或ap的重心分別至軸向力作用點(diǎn)的距離(m),e= n eo+h/2-a , ef = ne0-h/2+a,其中n為偏心距增大系數(shù)，對(duì)于地道 涵洞等襯砌結(jié)構(gòu)可直接取1；h截面高度(m)；ho«面的有效高度(m), ho

12、= h-a；b矩形截面的寬度或t形截面的肋寬(m)；x混凝土受壓區(qū)的高度(m)。矩形截面的受彎構(gòu)件，其止截面抗剪應(yīng)符合卜列要求：了必 <().51x1o-37zjo式中：vd 驗(yàn)算截面處由荷載作用產(chǎn)生的剪力組合設(shè)計(jì)值(kn)；fwk混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(mpa)；其它符號(hào)意義同前。頂板中央截面正截面偏心抗壓承載力驗(yàn)算：假定該截面大偏心受壓，由有限元計(jì)算結(jié)杲可知，該截面彎矩組合設(shè)計(jì)值為 122kx - ni,軸力組合設(shè)計(jì)值為146kn,并根據(jù)截面配筋構(gòu)造圖計(jì)算可得，該截面 b= 1000mm, h=400mm, a= a f =43mm, h0= 400-43=357mm , e0=

13、mc/nd=836mni, e二836+400/2-43二993mni, e 1 二836-400/2+43二679mm, as= ap=3273mm2, o = 0 p =280mpa,仏二13. 8mpa,根據(jù)式(2)有:受壓區(qū)高度x=20. 5mm <0. 56h0=199. 9mm,即假定正確。因 x=31. 5mm<2a=86mni,故此時(shí)取x=86mm,將x=86mm帶入公式(1)進(jìn)行驗(yàn)算： fcdbx-(jsas + apap =1186.8bcn> y ond=146kno 因此該截面安全。邊墻墻頂截面正截面偏心抗壓承載力驗(yàn)算：假定該截面大偏心受壓，由有限元計(jì)

14、算結(jié)杲可知，該截面彎矩組合設(shè)計(jì)值為153kn -m,軸力組合設(shè)計(jì)值為220kn,并根據(jù)截而配筋構(gòu)造圖計(jì)算可得，該截而 b= 1000mm, h=400mm, a二 63mm, a7 =33cm, h0= 400-63=337mm , e0=md/n尸695mni, e二695+400/2-63二832mm, e '二695-400/2+33二528mm, as= ap=3273mm2, o = a p =280mpa, fcd=13. 8mpa,根據(jù)式（2）有：受壓區(qū)高度x=41mm<0. 56h0=199. 9mm,即假定按照大偏心計(jì) 算是正確的。i大i x=41mm<2 a' =66mm,故此