上海市政工程设计研究总院集团浙江市政设计院有限公司 浙江杭州 310004
摘要：本文以杭州某地下综合管廊工程实例为背景，采用三维有限元法进行综合管廊结构设计，以综合管廊吊装口节点为实例进行分析计算，结合工程经验对计算结果和实际受力情况进行分析。计算结果表明，通过建立三维有限元模型，能够较全面地反映构筑物的实际结构型式和作用荷载，采用三维有限元法进行受力分析能够较准确地反映出构筑物各节点的实际受力和变形情况，为以后工程中的节点提供结构设计参考。
关键词：综合管廊；三维有限元法；结构设计
引言
综合管廊是21世纪新型城市市政基础设施建设现代化的重要标志之一，传统埋入地下的电缆使用周期一般为15年，铸铁材质的供水管线的使用寿命一般为20~30年，而综合管廊的设计使用年限为100年。综合考虑100年期间管道维护、更换引起的道路反复开挖的费用，管网漏损费用，长期效益明显。综合管廊的建设使传统的粗放型的管线直埋式布置转化为集约化布置和管理，避免了由于埋设或维修管线而导致道路重复开挖的问题，由于管线不接触土壤和地下水，因此避免了土壤对管线的直接腐蚀，一定程度上延长了管线的使用寿命，综合管廊为专项规划项目，为城市发展预留宝贵的地下空间。国家科技部、建设部均把综合管廊作为新城建设、旧城全面改造的一项市政管线布置的新科技，在全国范围内推广建设。
随着新城建设和旧城改造的快速进展，越来越多的综合管廊在不同的城市落成，电力、通讯、给水、排水等重要管线入廊，综合管廊逐渐演变成城市的生命线，因此，综合管廊的结构安全性尤其重要。本文以具体工程实例为背景，采用三维有限元法对综合管廊典型节点-吊装口进行结构设计，分析结构的受力和变形情况，以期为以后类似的综合管廊工程节点设计提供借鉴和参考。
1 工程概况
杭州市某综合管廊工程位于机动车道下，总长度约540m，为两舱现浇矩形C35钢筋混凝土结构，管廊标准段宽9m，高4.2m，覆土厚度约3.2m，底板底埋深约7.2m。吊装口节点高度6.4m，顶板覆土厚度1m。
本工程场地平坦，土层分布较均匀，场区内浅部土质分布自上而下分别为杂填土（层厚2.5m）、砂质粉土（层厚1.8m）、粉砂夹粘质粉土（层厚4.5m）、粉砂（7.7m），本次设计对象吊装口基础落于粉砂夹粘质粉土层中（地基承载力特征值170kPa，天然地基满足吊装口承载力要求）。地下水埋深较浅，位于地面以下0.5m，吊装口依靠自重不能满足抗浮要求，本次设计采用钻孔灌注桩的抗拔设计（抗拔设计不予赘述，仅将抗拔力施加于三维有限元模型中）。
2 三维有限元结构计算
2.1 计算模型
本次计算采用三维有限元软件Midad civil 3D进行有限元法结构计算，模型长度选取为吊装口节点与标准段连接处的相邻变形缝之间的部分，长度为13.4m（X+轴方向），宽度12.2m（Y+轴方向）高度为6.4m（Z+轴方向），结构混凝土强度等级C35，梁、板、柱按实际尺寸建立模型，顶板、中板吊装口等按实际尺寸预留，梁、柱采用梁单元模拟，底板、侧墙、顶板等采用板单元模拟。吊装口各构件尺寸如下表：
表1 吊装口三维有限元模型各构件尺寸一览表
构件顶板底板侧墙端墙中隔墙柱梁
厚度/截面尺寸0.3m0.5m0.5m0.3m0.3m0.3x0.3m0.3x0.6m
吊装口结构模板图
计算结果显示：底板弯矩Mxx（垂直于管廊走向方向的弯矩）除与抗拔桩连接处的底板弯矩外，最大负弯矩位于侧墙与底板连接处中间部位，最大弯矩值156kN.m，最大正弯矩位于底板中部靠近吊装口方向附近，最大弯矩值86.4kN.m；底板弯矩Myy（沿管廊走向方向的弯矩）除与抗拔桩连接处的底板弯矩外，最大负弯矩位于端墙与底板连接处，最大弯矩值122kN.m，最大正弯矩位于底板中部靠近吊装口方向附近，最大弯矩值88 kN.m。
3 结语
本文依托杭州市某综合管廊具体工程实例，按照吊装口节点实际尺寸建立三维模型，分析不同工况下对应荷载组合对结构的受力影响，对不同工况下的荷载组合进行计算分析并按最不利工况开展设计工作，梁、板、柱之间变形协调，能够准确地反应出各构件之间的相互约束关系，直观地呈现出在不同工况下的结构整体内力和变形情况。通过对构筑物进行整体分析，并分别对梁、板、柱等进行设计，能够反映出各部位构件的实际受力和变形情况，使各构件钢筋混凝土结构在整体结构中得到最优化利用，确保结构安全，节约工程造价，在实际工程中得到了有效运用。
参考文献：
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[5]黄剑.综合管廊结构方案对比分析.特种结构，2018，35（2）：20-26.
论文作者:陈帅
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/22
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