某人防工程板柱結(jié)構(gòu)頂板受力性能分析

雷 傳 章

(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 511300)

某人防工程板柱結(jié)構(gòu)頂板受力性能分析

雷 傳 章

(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 511300)

簡(jiǎn)要介紹了板柱結(jié)構(gòu)頂板受力原理和研究現(xiàn)狀，結(jié)合某大型人防工程實(shí)例，建立了MIDAS GEN有限元分析模式，分析了其平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的內(nèi)力與變形特征，結(jié)果表明，板柱結(jié)構(gòu)能夠滿足人防工程力學(xué)要求，且有效節(jié)約使用空間。

人防工程，板柱結(jié)構(gòu)，受力分析，有限元

0 引言

隨著我國(guó)城市建設(shè)的加快和國(guó)防工程的發(fā)展，城市人防工程要求日益提升。城市地下人防工程多位于道路、大型廣場(chǎng)下方，除常規(guī)荷載外還承受車輛、人群及戰(zhàn)時(shí)人防荷載的作用[1]。板柱結(jié)構(gòu)因不設(shè)置梁，樓蓋底部平整，便于布置管線且節(jié)約凈空，在人防工程中具有較好使用效果[2]。20世紀(jì)初，美國(guó)學(xué)者Turner首次設(shè)計(jì)出板柱結(jié)構(gòu)并應(yīng)用于工程建設(shè)當(dāng)中[3]；1987年，舒兆發(fā)、李定國(guó)等學(xué)者對(duì)配置抗沖切鋼筋的板柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)分析并得出抗沖切鋼筋能有效增強(qiáng)板柱連接延續(xù)性的結(jié)論[4]；1990年，余志武在板的破壞形態(tài)基礎(chǔ)之上提出各種形態(tài)下的極限承載力計(jì)算公式[5]；1998年，呂西林對(duì)板柱結(jié)構(gòu)反復(fù)水平荷載下的受力性能進(jìn)行了非線性分析并提出板柱節(jié)點(diǎn)在不平衡彎矩下的抗彎沖計(jì)算方程；2005年，蘇毅等提出等代梁應(yīng)變寬度概念和計(jì)算方法[6]。本文結(jié)合某大型人防工程項(xiàng)目，對(duì)其板柱結(jié)構(gòu)頂板進(jìn)行受力性能分析(見圖1)，結(jié)果表明板柱結(jié)構(gòu)頂板受力能夠滿足我國(guó)人防工程要求，且有效節(jié)約凈空。

1 工程概況

位于廣東省某大型地下人防工程，上部為大型廣場(chǎng)，無(wú)上部結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)為221.4 m，寬為131.2 m，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)寬比約為1.7。工程總用地面積約34 112 m2，總建筑面積約73 900 m2，其中人防建筑面積為58 885 m2。工程為地下2層設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)覆土厚度3.0 m，埋深14.0 m。與一般地下空間結(jié)構(gòu)相比，此工程還需要兼顧戰(zhàn)時(shí)人防功能，抗力等級(jí)為核6(常6)級(jí)。平時(shí)為地下商業(yè)街和地下停車場(chǎng)，戰(zhàn)時(shí)為防空工程、戰(zhàn)時(shí)區(qū)域電站、人員掩蔽所和物資庫(kù)。工程采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層位于粉質(zhì)粘土中。為簡(jiǎn)化分析，橫縱向均取7跨作為平面框架計(jì)算(見表1)，運(yùn)用MIDAS GEN軟件建立樓蓋分析模型(如圖2所示)，并對(duì)受力、變形進(jìn)行對(duì)比分析。

表1 板柱結(jié)構(gòu)各構(gòu)件尺寸 mm

2 受力分析

經(jīng)計(jì)算板柱結(jié)構(gòu)頂板其最大裂縫寬度為0.18 mm，小于規(guī)范值0.3 mm,符合規(guī)范要求，距墻、柱2.5 m～3 m范圍內(nèi)，頂板受負(fù)彎矩作用，其峰值出現(xiàn)在柱頂位置，頂板跨內(nèi)截面主要受正彎矩作用，峰值出現(xiàn)在板跨中位置，當(dāng)遭受集中荷載時(shí)，受荷位置正負(fù)彎矩均有所增加。

平戰(zhàn)工況下板彎矩云圖見圖3。

如圖4所示為在平時(shí)以及戰(zhàn)時(shí)工況下不同位置的頂板撓度對(duì)比，由圖4可知戰(zhàn)時(shí)工況下各位置撓度值均比平時(shí)工況下?lián)隙戎涤兴鲩L(zhǎng)，而且支座位置撓度增幅比跨中位置增長(zhǎng)大。當(dāng)有集中荷載作用時(shí)，其撓度值為4.46和6.65，其增幅也較大。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某人防工程受力分析，得出：1)板柱結(jié)構(gòu)頂板能滿足人防工程受力要求，且能有效節(jié)約空間；2)板柱結(jié)構(gòu)頂板平時(shí)工況下受力、彎矩、撓度均小于戰(zhàn)時(shí)工況，戰(zhàn)時(shí)工況時(shí)跨中位置彎矩和撓度增幅較其他位置大，且平戰(zhàn)工況下最大撓度均出現(xiàn)于跨中位置，當(dāng)上部板帶范圍內(nèi)有集中荷載作用時(shí)，撓度會(huì)出現(xiàn)較大增長(zhǎng)。

[1] 沈蒲生.樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：科學(xué)出版社,2003：1-10.

[2] 總參工程兵第四設(shè)計(jì)研究院.人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

[3] 趙 宇.人防工程建設(shè)與城市地下空間開發(fā)利用相結(jié)合戰(zhàn)略及對(duì)策研究[D].重慶：重慶大學(xué),2004.

[4] 王必剛.板柱結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析與試驗(yàn)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2007.

[5] 徐 珂.地下單層無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009(39)：54-57,97.

[6] 李俊蘭，呂西林，周德源.地震作用下板柱結(jié)構(gòu)等代框架法計(jì)算模型的研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1999，20(1):39-45.

On stressed performance of top plate of some civil defense engineering plate-column structures

Lei Chuanzhang

(GuangdongArchitecturalDesignInstitute,Guangzhou511300,China)

The paper introduces the stressed principle and research status of the top plate of the plate-column structure, establishes the MIADS GEN finite element analysis model by combining with some large-scale civil defense engineering cases, analyzes the internal stress and deformation features during the normal and wartime periods, and proves the plate-column structure can meet the demands of the civil defense engineering and save the utility space.

civil defense project, plate-column structure, stress analysis, finite element

1009-6825(2017)03-0033-02

2016-11-17

雷傳章(1989- )，男，碩士，助理工程師

TU311.3

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