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        裝配式鋼結(jié)構(gòu)反力墻受力分析研究

        2019-03-22 03:56:50汪鵬張振王松
        安徽建筑 2019年1期
        關(guān)鍵詞:頂力管廊云圖

        汪鵬,張振,王松

        (中鐵四局集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)研究院,安徽 合肥 230022)

        1 引言

        綜合管廊工程是指在城市道路下建造一個(gè)市政公用隧道,將電力、通信、供水、燃?xì)舛喾N市政管線集中在一起,實(shí)行“統(tǒng)一計(jì)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理”,以做到地下空間的綜合利用和資源共享。??谧鳛槿珖?guó)首批地下綜合管廊試點(diǎn)城市之一,計(jì)劃建成地下綜合管廊96.47km。在海口管廊建設(shè)中,首次采用U型盾構(gòu)施工方法,可節(jié)省工費(fèi)和縮短工期[1]。

        圖1 U型盾構(gòu)機(jī)

        該種盾構(gòu)需要在始發(fā)井內(nèi)組裝成型,需要始發(fā)井內(nèi)設(shè)置反力墻提供較大的頂進(jìn)反力。反力墻是一種為框架涵、頂管、盾構(gòu)等頂進(jìn)設(shè)備提供頂進(jìn)反力的結(jié)構(gòu),一般的頂力后背為鋼筋混凝土墻,這種混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,可靠并且可以提供很大的反力[2]。

        根據(jù)??诠芾软?xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要,設(shè)計(jì)的反力墻要求能夠可拆卸多次使用,可以根據(jù)不同管廊截面調(diào)節(jié)反力墻的大小[3]。

        始發(fā)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圍護(hù)樁和鋼板樁2種支護(hù)形式,分別對(duì)2種支護(hù)形式下反力墻受力情況進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析。

        支撐反力墻的鋼圍檁采用H300×300型鋼,間距80cm,與圍護(hù)樁之間采用上掛下?lián)涡问竭M(jìn)行連接[4]。

        2 模型建立

        為了確保計(jì)算的準(zhǔn)確性,建立實(shí)體模型。

        鋼結(jié)構(gòu)反力墻分為2個(gè)構(gòu)件組成,分別為角件和邊件,2個(gè)構(gòu)件之間采用法蘭盤連接,其中邊件可以分為多種型號(hào),通過調(diào)節(jié)邊件長(zhǎng)度來適應(yīng)單艙管廊和雙艙管廊,如圖2所示。

        圖2 角件和邊件

        圖3 鋼結(jié)構(gòu)反力墻

        鋼圍檁的作用是將盾構(gòu)機(jī)施加在反力墻上的作用力平均分配到圍護(hù)樁上,使圍護(hù)樁和反力墻更加協(xié)調(diào)工作。

        ①土體模型:土體采用彈性材料模擬,選取一種砂質(zhì)粘土的土質(zhì)參數(shù),E=30MPa,v=0.45頂托在模型中使用2cm厚鋼墊片,目的是為了更好地分擔(dān)千斤頂?shù)牧Α?/p>

        ②連接:所有連接均采用綁定,圍檁與支護(hù)結(jié)構(gòu)之間采用無摩擦接觸。

        圖4 鋼圍檁

        ③邊界條件:邊界條件為將土體三面固定,在鋼頂托上施加法向力。

        ④工況介紹:鋼結(jié)構(gòu)頂力后背主要受力為盾構(gòu)頂進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的千斤頂反力,經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),單倉(cāng)管廊最大頂進(jìn)力為6000kN,雙倉(cāng)管廊最大頂進(jìn)力為10000kN。

        3 計(jì)算結(jié)果

        3.1 鋼板樁計(jì)算結(jié)果

        當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Ⅳ型鋼板樁時(shí),計(jì)算結(jié)果如下。

        3.1.1 單艙管廊

        單倉(cāng)管廊反力墻在6000kN的頂推力作用下,其各部分應(yīng)力及變形情況如下圖。

        圖5 鋼圍檁應(yīng)力云圖

        圖6 反力墻應(yīng)力云圖

        圖7 整體位移云圖

        由圖可見,在6000kN頂推力的情況下,鋼圍檁部分最大應(yīng)力為232.37MPa,反力墻最大應(yīng)力為143.07MPa,整個(gè)結(jié)構(gòu)最大位移為11.83mm。

        圖8 鋼圍檁應(yīng)力云圖

        圖9 反力墻應(yīng)力云圖

        圖10 整體位移云圖

        3.1.2 雙艙管廊

        雙艙反力墻在1000kN頂推力作用下,其各部分應(yīng)力及變形情況如下圖。

        圖11 鋼圍檁應(yīng)力云圖

        圖12 反力墻應(yīng)力云圖

        圖13 整體位移云圖

        由圖可見,在10000kN頂推力的情況下,鋼圍檁部分最大應(yīng)力為210MPa,反力墻最大應(yīng)力為106.6MPa,整個(gè)結(jié)構(gòu)最大位移為16.7mm。

        3.2 鉆孔樁計(jì)算結(jié)果

        3.2.1 單艙管廊

        由圖可見,在6000kN的頂推力作用下,鋼圍檁部分最大應(yīng)力為101.69MPa,反力墻最大應(yīng)力為218.16MPa,整個(gè)結(jié)構(gòu)最大位移為14.385mm。

        3.2.2 雙艙管廊

        圖14 鋼圍檁應(yīng)力云圖

        圖15 反力墻應(yīng)力云圖

        圖16 整體位移云圖

        由圖可見,在10000kN的頂推力作用下,鋼圍檁部分最大應(yīng)力為140.83MPa,反力墻最大應(yīng)力為191.37MPa,整個(gè)結(jié)構(gòu)最大位移為17.864mm。

        4 結(jié)論

        ①經(jīng)過計(jì)算,可知相同作用下,鉆孔樁支護(hù)時(shí),頂力后背應(yīng)力較大,鋼圍檁應(yīng)力較小,鋼板樁支護(hù)時(shí),頂力后背應(yīng)力較小,鋼圍檁應(yīng)力較大,而4種情況下構(gòu)件應(yīng)力均小于235MPa,構(gòu)件可在正常荷載下正常使用。

        ②在相同作用下,鋼板樁的位移小于鉆孔樁,單倉(cāng)雙倉(cāng)情況下,兩種支護(hù)形式的位移分別為11.8mm、16.7mm、14.84mm、17.86mm。

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