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        疊合裝配式綜合管廊廊體拆分技術(shù)研究

        2018-12-27 10:20:42陳小文姚東方呂朝乾聶浩宇
        建筑施工 2018年9期
        關(guān)鍵詞:施工

        陳小文 姚東方 呂朝乾 聶浩宇

        1. 中鐵四局集團(tuán)建筑工程有限公司 安徽 合肥 230022;2. 美國(guó)科羅拉多大學(xué)波爾德分校 美國(guó) 科羅拉多州 波爾德 80303

        疊合裝配式管廊結(jié)構(gòu)體系是根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)將廊體拆分成標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件,將經(jīng)工廠規(guī)?;庸こ尚偷寞B合板預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng),經(jīng)拼裝定位后澆筑混凝土形成一個(gè)完整廊體,即采用預(yù)制結(jié)合現(xiàn)澆的方式建設(shè)地下綜合管廊的一種新型結(jié)構(gòu)體系[1-5]。該結(jié)構(gòu)體系經(jīng)試驗(yàn)研究理論分析證明其可靠性,經(jīng)工程實(shí)踐證明其實(shí)用性,能夠達(dá)到等同現(xiàn)澆的施工效果,施工速度快、效率高,節(jié)能環(huán)保,可操作性強(qiáng),能有效保證工程質(zhì)量。

        1 工程概況

        ??谑惺菄?guó)家首批地下綜合管廊建設(shè)試點(diǎn)城市之一,目前??谡诩涌焱七M(jìn)地下綜合管廊建設(shè),其中標(biāo)準(zhǔn)段管廊占總體管廊建設(shè)的60%~70%。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)段疊合裝配式管廊結(jié)構(gòu)體系拆分的研究,為管廊建設(shè)提供了技術(shù)支持,提高了生產(chǎn)效率,保障了工程質(zhì)量和工期。

        椰海大道西延段管廊東起海榆中線,西至長(zhǎng)天路段,里程樁號(hào)K7+447.5~K10+191.6,全長(zhǎng)2 744.1 m,廊體結(jié)構(gòu)為單層雙倉(cāng)。美安四橫路、美安一縱路可采用疊合裝配式結(jié)構(gòu)體系施工的里程樁號(hào)分別為K0+240~K0+380(140 m)、K1+949~K2+218(269 m)。

        2 拆分關(guān)鍵技術(shù)研究

        2.1 廊體結(jié)構(gòu)拆分總體設(shè)計(jì)

        根據(jù)地下綜合管廊廊體結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將管廊拆分為4大構(gòu)件:疊合式雙層外墻板、疊合式雙層中隔墻板、疊合式單層頂板和底板。所有墻體均為雙層板,頂板為單層板。所有疊合板除局部節(jié)點(diǎn)外板厚均為80 mm,疊合板預(yù)制長(zhǎng)度均為3 m。具體說(shuō)明如下:

        1)墻體下部與現(xiàn)澆底板連接區(qū)域內(nèi)板刮薄至60 mm,以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)連接;外墻迎水面頂部與頂板鋼筋連接區(qū)域內(nèi)板刮薄為60 mm,以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)連接;頂板與頂板連接區(qū)域內(nèi),先拼裝的頂板在連接區(qū)域內(nèi)板厚刮薄至60 mm,以實(shí)現(xiàn)鋼筋搭接。

        2)沿其管廊寬度方向的側(cè)邊設(shè)置的上翻導(dǎo)墻與疊合式雙層墻板連接,底板上翻導(dǎo)墻高度為加腋高度加外墻厚度,此處為彎矩零點(diǎn)附近;上翻導(dǎo)墻與疊合式雙層墻板連接處設(shè)置有止水鋼板。

        3)疊合板內(nèi)每600 mm設(shè)置1道桁架筋,保證疊合板在連接和拼裝后滿足設(shè)計(jì)受剪性能要求。

        4)疊合式單層頂板通過(guò)U形套箍與疊合式雙層墻板形成暗梁連接;在相鄰2節(jié)管廊的疊合式單層頂板之間和疊合式雙層墻板之間分別設(shè)置凹槽和拼縫,然后相鄰2節(jié)管廊分別通過(guò)設(shè)置在凹槽中的暗梁和拼縫處的暗柱連接,連接后的若干節(jié)管廊通過(guò)整體澆筑形成廊體(圖1)。

        2.2 BIM建模和鋼筋碰撞檢查技術(shù)研究

        1)通過(guò)Revit軟件建立BIM模型,對(duì)疊合裝配式綜合管廊進(jìn)行排布,根據(jù)排布情況確定預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)量以及預(yù)制混凝土澆筑量(圖2)。

        圖1 疊合裝配式三倉(cāng)管廊截面

        圖2 通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行疊合板排布

        2)通過(guò)BIM模型,對(duì)疊合裝配式管廊進(jìn)行鋼筋碰撞檢查,對(duì)結(jié)構(gòu)拆分進(jìn)一步優(yōu)化(圖3)。

        圖3 鋼筋碰撞檢查

        2.3 節(jié)點(diǎn)鋼筋連接

        預(yù)制結(jié)構(gòu)體最重要的環(huán)節(jié)是節(jié)點(diǎn)連接,而鋼筋連接是節(jié)點(diǎn)連接的重中之重,故而對(duì)節(jié)點(diǎn)處鋼筋連接形式的研究勢(shì)在必行。疊合裝配式管廊共分為6大節(jié)點(diǎn):外墻板-底板、中隔墻-底板、外墻-頂板、中隔墻-頂板、墻板-墻板、頂板-頂板。其中墻體-底板采用預(yù)留插筋搭接錨固方式,墻體-頂板采用U形套箍連接方式,墻板-墻板連接后置鋼筋籠形成暗柱,頂板-頂板連接后置箍筋和角筋形成暗柱。

        1)疊合式雙層外墻板由迎水面面板和背水面面板通過(guò)鋼筋骨架連接組成,迎水面面板相對(duì)于背水面面板的一面的上端和下端的板厚分別變薄形成凹槽,背水面面板標(biāo)高小于迎水面面板標(biāo)高。面板中豎向分布鋼筋呈倒U形布置,水平分布筋呈環(huán)形布置,中間用桁架筋連成整體。疊合式雙層中隔墻板與外墻板形式類似,由2塊面板組成,中間用桁架筋連成整體。疊合式單層頂板為單面板,其上下2層縱向分布筋和水平分布筋均為環(huán)形布置,中間用桁架筋連接(圖4)。

        2)中隔墻-頂板與外墻-頂板節(jié)點(diǎn)連接大致相似,節(jié)點(diǎn)連接各呈現(xiàn)T、Γ形,兩側(cè)頂板水平鋼筋呈環(huán)形布置,墻體豎向受力筋呈倒插U形布置,通過(guò)錨固實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)連接,拼裝完成后,此節(jié)點(diǎn)處綁扎角筋和加腋筋(圖5)。

        圖4 疊合板豎向剖面

        圖5 上部節(jié)點(diǎn)連接

        3)墻體與底板連接采用底板上預(yù)留插筋進(jìn)行搭接錨固,節(jié)點(diǎn)呈L、丄形,其錨固長(zhǎng)度取拆分設(shè)計(jì)長(zhǎng)度,現(xiàn)澆底板上翻導(dǎo)墻高度為外墻墻厚加腋角高度(圖6)。

        圖6 下部節(jié)點(diǎn)連接

        4)墻板-墻板連接,在拼裝完成后,于墻體空腔內(nèi)放置成型的鋼筋籠形成暗柱,暗柱長(zhǎng)邊尺寸不小于構(gòu)造暗柱的抗震錨固長(zhǎng)度,短邊尺寸與管廊側(cè)壁現(xiàn)澆部分的厚度一致,以此增加節(jié)點(diǎn)剛度,拼裝縫處鑲嵌橡膠止水條以達(dá)到防水效果。頂板-頂板連接通過(guò)在連接區(qū)域內(nèi)凹槽后置箍筋和角筋形成暗梁,暗梁的長(zhǎng)度根據(jù)拆分設(shè)計(jì)要求確定,高度為頂板水平筋排距;拼裝縫處鑲嵌橡膠止水條以達(dá)到防水效果(圖7)。

        2.4 有限元模擬分析技術(shù)研究

        圖7 橫向連接

        建立ABAQUS損傷塑性模型,該模型當(dāng)中混凝土為單軸拉壓荷載作用下的本構(gòu)關(guān)系,同時(shí)為了讓混凝土單元更好地表現(xiàn)出塑性特性,設(shè)置了混凝土單元的拉伸損傷和壓縮損傷特性。本模型中的鋼筋采用了各向同性彈塑性材料模型,其在多軸應(yīng)力狀態(tài)下滿足Mises屈服準(zhǔn)則,在反復(fù)荷載作用下其強(qiáng)化準(zhǔn)則采用了隨動(dòng)強(qiáng)化模型。拼縫面是預(yù)制結(jié)構(gòu)有別于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的重要特征之一,該拼縫面的處理關(guān)系到有限元模型能否反映預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。拼縫面處的混凝土結(jié)構(gòu)單元在試件的受力全過(guò)程中主要起傳遞壓力、剪力和彎矩的作用?;诖耍B合板預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆的疊合面采用在對(duì)應(yīng)接觸面上設(shè)置接觸單元進(jìn)行模擬(表1)。

        表1 有限元參數(shù)

        由圖表分析(圖8、表2)可知:

        1)有無(wú)加腋時(shí),疊合裝配式管廊的極限承載力比現(xiàn)澆混凝土綜合管廊低10%~15%,故在拆分過(guò)程中需要適當(dāng)增大疊合裝配式管廊連接鋼筋的面積。

        2)取消加腋將使其極限承載力降低約3%。此外,取消加腋將使得綜合管廊在開(kāi)裂后的結(jié)構(gòu)剛度顯著降低,故在拆分過(guò)程中若取消加腋,則需要對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)強(qiáng)。

        3 疊合裝配式管廊施工的先進(jìn)性

        1)實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)化五大變革:手工—機(jī)械、工地—工廠、施工—總裝、農(nóng)民工—產(chǎn)業(yè)工人、技術(shù)工人—操作工人,產(chǎn)能大、自動(dòng)化程度高,可同時(shí)供應(yīng)多條管廊拼裝施工,加快管廊施工進(jìn)度,縮短工期。

        2)減少現(xiàn)場(chǎng)支模和鋼筋綁扎作業(yè)量、現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆混凝土工程量,大幅度減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的工人用量,縮短了工期,有利于文明施工和環(huán)境保護(hù)。

        圖8 鋼筋混凝土應(yīng)力云圖

        表2 極限承載力

        3)與整體預(yù)制管廊相比,該體系不僅能夠滿足單倉(cāng)、單層雙倉(cāng)、雙層四倉(cāng)等多種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)斷面形式,而且能實(shí)現(xiàn)非標(biāo)段管廊的預(yù)制裝配建設(shè)。

        4)預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),提升了廊體外觀質(zhì)量,可以免裝修;安裝工程的埋件提前預(yù)埋,減少了后期安裝時(shí)的開(kāi)槽工程量,加快了設(shè)備安裝的進(jìn)度。

        4 結(jié)語(yǔ)

        疊合裝配式管廊結(jié)構(gòu)體系能夠起到方便施工、降低成本的效果,同時(shí)提高了管廊結(jié)構(gòu)的防水質(zhì)量、減少了安全風(fēng)險(xiǎn);管廊混凝土澆筑不依賴于模板,節(jié)約木工作業(yè)人員投入,縮短工期、降低成本,且連接簡(jiǎn)單,運(yùn)輸方便,組裝快捷,可大大提高過(guò)程中的施工效率;在實(shí)施時(shí),可以免去模板支架作業(yè),大大降低傳統(tǒng)支架在施工過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患,節(jié)能環(huán)保,符合綠色施工的理念;管廊內(nèi)受力主筋均預(yù)埋于預(yù)制構(gòu)件內(nèi),減少現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎工作量,降低投入,縮短工期。本研究可以作為預(yù)制疊合板施工標(biāo)準(zhǔn)化案例,為以后其他預(yù)制疊合板施工提供參考,為國(guó)家預(yù)制裝配式管廊規(guī)范的編制提供有力依據(jù)。

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