基于MIDAS_GEN的地下综合管廊监控中心联通口抗震分析论文_付海军

摘要：目前对于地下综合管廊标准段的受力分析较多，针对地下综合管廊复杂节点的受力分析较少，根据以上情况，结合地下综合管廊建设项目工程设计实例，基于MIDAS_GEN软件，运用反应位移法，对综合管廊节点中较为复杂的监控中心联通口进行抗震分析，经与非抗震分析的模型进行对比，及是否考虑裂缝对配筋的影响，得出运用反应位移法对节点进行抗震分析设计，受力更大，裂缝反算配筋更合理。

关键词：地下综合管廊；监控中心联通口；反应位移法；抗震分析；裂缝配筋

1 引言

随着我国国民经济的快速发展，城市化进程的加快，城市基础设施建设在城市化发展中的矛盾逐渐显现，城市地下综合管廊开发建设对于地下管线安全运行，避免反复开挖，提升城市人民环境有着至关重要的意义。

目前针对地下综合管廊标准段的抗震分析较多，对于综合管廊节点中较为复杂的监控中心联通口的抗震分析不够深入，在实际的震害中，受震害严重的往往是这些复杂节点。本文主要针对地下综合管廊监控中心联通口应用MIDAS_GEN软件采用《城市轨道交通结构抗震设计规范》介绍的反应位移法进行抗震分析，并对内力与配筋进行对比分析。

2 工程概况

本工程位于山西省阳城县，该节点分上下两层，下层通往监控中心，顶部覆土厚度3m，通道部分覆土厚度6m，上层分为污水舱、热力舱和综合舱三个舱，其中污水舱宽4350mm，热力舱宽3400mm，综合舱宽4800mm，上层管廊净高3400mm，下层联络通道净高2300mm，节点形式较为复杂，现场地质情况较好，基础落在卵石层上，地基承载力可以达到400kPa，无地下水，如下图1所示；

图1 监控中心联通口剖面图

3 模型建立

(1)、采用MIDAS_GEN有限元分析软件对监控中心联通口进行三维模型的建立，并对模型进行抗震与非抗震分析，抗震分析采用反应位移法，MIDAS_GEN模型如下图2所示：

图2 监控中心联通口整体模型

(2)、荷载布置

①、自重荷载：混凝土容重按照26kN/m3，按照恒荷载考虑；混凝土强度等级C35；

②、土压力：静止土压力系数取0.5，土体容重按照20kN/m3；

③、覆土荷载：综合管廊上按照60 kN/㎡；联通口上按照120 kN/㎡；

④、管廊顶活荷载：20 kN/㎡；

(3)、反应位移法施加地震作用

①、底板的边界条件施加：节点弹性支承，根据地勘报告填写机床系数；侧壁由于应用反应位移法施加地震位移，采用弹性连接，弹簧长度定义为1m。

②、土体变形：侧壁位移计算根据《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）中关于反应位移法规定，该项目位于山西省阳城县，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类。E2地震作用下的Ⅱ类场地的地震动峰值位移为0.03m,将峰值输入程序中，程序将自动计算相应深度土层位置值。

③、土层剪切力计算：软件根据地震动位移及剪切模量自动计算出相应的剪切力，结构的惯性力软件自动考虑。

4 抗震与非抗震分析

地下综合管廊工程属于重点设防类，设计使用年限为100年，根据计算结果可以得出，地震作用下，结构仍然处于弹性阶段。运用反应位移法分析的监控中心联通口节点在地震作用下有效应力最大为11.2MPa,小于混凝土的轴心抗压强度，符合设计要求，有效应力云图如图3所示：

图3 反应位移法考虑地震作用时有效应力云图

不考虑地震作用下，监控中心联通口节点的有效应力最大值为6.1MPa，如图4所示：

图4 不考虑地震作用时有效应力云图

不考虑地震作用与运用反应位移法计算地震作用下监控中心联通口有效应力相比，有效应力减少了约45.5%。

图5 非地震作用下轴力Fmax最大值

图6 地震作用下轴力Fmax最大值

图7 非地震作用下弯矩Mmax最大值

图8 地震作用下弯矩Mmax最大值

图5-图8根据地震与非地震作用下，监控中心联通口的轴力与弯矩的云图可以得出，应用反应位移法考虑地震作用的节点内力均比不考虑地震作用的节点内力要大，6度设防区的地下建筑，地震力是最小的，仍然比不考虑地震作用下的内力值要大，地震作用对于地下综合管廊受力产生较大的影响，能说明考虑应用反应位移法计算地震作用进行设计是有必要的，合理的。

5 考虑裂缝配筋与不考虑裂缝配筋比较

《城市综合管廊工程技术规范》GB50838-2015规定，地下综合管廊裂缝控制值取为0.2mm，根据相关规定，对于应用反应位移法考虑地震作用的综合管廊监控中心联通口节点比较有代表性的外墙进行结构配筋计算，并分别将考虑与不考虑裂缝两种情况的配筋量整理，如图9、10所示：

图9 不考虑墙裂缝配筋云图

图10 裂缝反算配筋云图

由图9、图10配筋量可以看出，墙体大部分位置在考虑了地震作用后的计算配筋与考虑地震后根据裂缝反算配筋得到的配筋量相差不大，当跨度较大，在墙体端部或转角位置处等对于裂缝较敏感部位，主要是以裂缝配筋控制。说明按照裂缝反算配筋确定墙体配筋较为合理。

6 结论

(1)、应用反应位移法考虑地震作用的模型较不考虑地震作用的模型结构应力更大。

(2)、 应用反应位移法考虑地震作用的模型较不考虑地震作用的模型的轴力与弯矩更大，考虑地震作用进行设计更合理。

(3)、对于综合管廊墙体大部分位置，应用反应位移法考虑地震作用，不考虑裂缝设计的墙体配筋与考虑裂缝配筋相差不大，对于跨度较大的板或墙体端部位置的配筋，均为裂缝控制。对综合管廊墙体，楼板进行裂缝反算配筋更合理。

参考文献：

[1]、《城市轨道交通结构抗震设计规范》 GB50909-2014

[2]、《城市综合管廊工程技术规范》 GB50838-2015

[3]、郭文达，余俊，杨建华、舒哲、王安山，采用MIDAS_GEN基于反应位移法的地下综合管廊区间结构抗震分析,北京，特种结构，2017

[4]、杨开屏，中日规范地下结构反应位移法的位移与剪力研究，西安，铁道标准设计，2016

论文作者:付海军

论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷第22期

论文发表时间:2020/4/3

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