魏現(xiàn)昊

(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100082)

埋地方溝是排水、熱力、電力等市政行業(yè)中普遍存在的一種地下線狀構(gòu)筑物，根據(jù)地下環(huán)境及使用功能的不同要求，其材料有現(xiàn)澆鋼筋混凝土、磚砌體砌筑或混凝土模塊砌筑等。由于維護(hù)檢修的需要，沿埋地方溝縱向每隔一定距離需設(shè)置供人員出入的檢修孔，檢修孔位置需設(shè)置一塊帶人孔的單向蓋板。由于人孔的存在導(dǎo)致蓋板受力鋼筋被截?cái)啵柙趫A孔周邊放置補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，其補(bǔ)強(qiáng)鋼筋的放置范圍、放置數(shù)量與孔洞周邊的內(nèi)力分布規(guī)律相關(guān)，見圖1。

1 相關(guān)規(guī)定

GB 50069—2002給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［1］第6.4.1條對開孔處加固作了相應(yīng)規(guī)定:“當(dāng)開孔的直徑或?qū)挾却笥?00 mm但不超過1 000 mm時(shí)，孔口的每側(cè)沿受力鋼筋方向應(yīng)配置加強(qiáng)鋼筋，加強(qiáng)筋的截面面積不應(yīng)小于被切斷鋼筋的面積”。

圖1 埋地方溝及帶人孔蓋板示意圖

SH/T 3132—2013石油化工鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［2］第9.1.8條對水池壁板上開孔處加固作了相應(yīng)規(guī)定:“孔徑(或矩形孔邊長)大于300 mm且小于800 mm時(shí)，板內(nèi)鋼筋在孔口處截?cái)?，另配加?qiáng)筋，加強(qiáng)筋的截面面積不應(yīng)小于被切斷鋼筋的75%”。

16G 101—1混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖［3］第111頁對板開洞加強(qiáng)鋼筋作了相應(yīng)規(guī)定:“每邊配置兩根直徑不小于12且不小于同向被切斷縱向鋼筋總面積的50%”。

現(xiàn)行各行業(yè)規(guī)范對開洞后截?cái)噤摻畹难a(bǔ)強(qiáng)數(shù)量的規(guī)定不盡相相同，各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖集對補(bǔ)強(qiáng)鋼筋的放置范圍亦不盡相同。因此，建立多種模型專門研究不同跨度的帶人孔蓋板孔洞周邊的內(nèi)力分布規(guī)律具有十分重要的意義。

2 模型建立及計(jì)算分析

采用理正結(jié)構(gòu)工具箱7.0PB4建立異形板有限元模型，板均布荷載取值20 kN/m2，板寬度均為1 600 mm，板跨度自1 600 mm～4 000 mm，板上開洞按常規(guī)人孔尺寸800 mm，分別建立開洞和未開洞有限元模型，通過對應(yīng)力集中位置、分布范圍、極值大小的對比分析，探究帶人孔蓋板的內(nèi)力分布規(guī)律及設(shè)計(jì)對策。

圖2為帶人孔蓋板彎矩云圖，圖3為帶人孔蓋板與非開洞蓋板彎矩極值對比，分析表明:當(dāng)開孔直徑小于單向板計(jì)算跨度的1/4時(shí)，板彎矩極值分布于洞口兩側(cè)，隨著計(jì)算跨度的增大彎矩極值分布范圍逐漸向蓋板跨中轉(zhuǎn)移，當(dāng)開孔直徑大于單向板計(jì)算跨度的1/4時(shí)，板彎矩極值分布于蓋板跨中;在開孔直徑不變的情況下，隨著蓋板計(jì)算跨度的增大，開洞蓋板與非開洞蓋板彎矩極值趨于接近，洞口周圍應(yīng)力集中水平逐步降低，見表1。

圖2 帶人孔蓋板彎矩云圖

圖3 帶人孔蓋板彎矩極值對比

表1 帶人孔蓋板彎矩極值表

在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)根據(jù)以上應(yīng)力分布規(guī)律確定開洞蓋板的鋼筋布置及加固鋼筋的放置范圍。當(dāng)開孔直徑小于單向板計(jì)算跨度的1/4時(shí)，蓋板受力鋼筋應(yīng)主要配置于洞口兩側(cè)，板跨中配筋面積應(yīng)小于洞口兩側(cè)配筋;當(dāng)開孔直徑大于單向板計(jì)算跨度的1/4時(shí)，蓋板洞口兩側(cè)與板跨中配筋面積應(yīng)基本一致，推薦鋼筋布置如圖4所示。

圖4 帶人孔蓋板推薦配筋布置

3 結(jié)論與建議

采用理正結(jié)構(gòu)工具箱7.0PB4建立開洞和未開洞蓋板的有限元模型，通過對應(yīng)力集中位置、分布范圍、極值大小的對比分析，發(fā)現(xiàn)帶人孔蓋板的內(nèi)力分布規(guī)律與“洞口尺寸/板塊計(jì)算跨度”的比值相關(guān)，進(jìn)而影響鋼筋的配置。主要結(jié)論如下:

1)在開孔直徑不變的情況下，隨著計(jì)算跨度的增大，帶人孔蓋板的彎矩極值分布范圍由孔洞兩側(cè)逐漸向蓋板跨中轉(zhuǎn)移。

2)在開孔直徑不變的情況下，隨著蓋板計(jì)算跨度的增大，開洞蓋板與非開洞蓋板彎矩極值趨于接近，洞口周圍應(yīng)力集中水平逐步降低。

3)當(dāng)開孔直徑小于單向板計(jì)算跨度的1/4時(shí)，蓋板受力鋼筋應(yīng)主要配置于洞口兩側(cè)，板跨中配筋面積應(yīng)小于洞口兩側(cè)配筋;當(dāng)開孔直徑大于單向板計(jì)算跨度的1/4時(shí)，蓋板洞口兩側(cè)與板跨中配筋面積應(yīng)基本一致。