帶人孔蓋板內力分布規律的研究及設計對策

魏現昊

(北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京 100082)

埋地方溝是排水、熱力、電力等市政行業中普遍存在的一種地下線狀構筑物，根據地下環境及使用功能的不同要求，其材料有現澆鋼筋混凝土、磚砌體砌筑或混凝土模塊砌筑等。由于維護檢修的需要，沿埋地方溝縱向每隔一定距離需設置供人員出入的檢修孔，檢修孔位置需設置一塊帶人孔的單向蓋板。由于人孔的存在導致蓋板受力鋼筋被截斷，需在圓孔周邊放置補強鋼筋，其補強鋼筋的放置范圍、放置數量與孔洞周邊的內力分布規律相關，見圖1。

1 相關規定

GB 50069—2002給水排水工程構筑物結構設計規范［1］第6.4.1條對開孔處加固作了相應規定:“當開孔的直徑或寬度大于300 mm但不超過1 000 mm時，孔口的每側沿受力鋼筋方向應配置加強鋼筋，加強筋的截面面積不應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構設計規范［2］第9.1.8條對水池壁板上開孔處加固作了相應規定:“孔徑(或矩形孔邊長)大于300 mm且小于800 mm時，板內鋼筋在孔口處截斷，另配加強筋，加強筋的截面面積不應小于被切斷鋼筋的75%”。

16G 101—1混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖［3］第111頁對板開洞加強鋼筋作了相應規定:“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%”。

現行各行業規范對開洞后截斷鋼筋的補強數量的規定不盡相相同，各行業標準圖集對補強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力分布規律具有十分重要的意義。

2 模型建立及計算分析

采用理正結構工具箱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力分布規律及設計對策。

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:當開孔直徑小于單向板計算跨度的1/4時，板彎矩極值分布于洞口兩側，隨著計算跨度的增大彎矩極值分布范圍逐漸向蓋板跨中轉移，當開孔直徑大于單向板計算跨度的1/4時，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

在實際設計工作中，應根據以上應力分布規律確定開洞蓋板的鋼筋布置及加固鋼筋的放置范圍。當開孔直徑小于單向板計算跨度的1/4時，蓋板受力鋼筋應主要配置于洞口兩側，板跨中配筋面積應小于洞口兩側配筋;當開孔直徑大于單向板計算跨度的1/4時，蓋板洞口兩側與板跨中配筋面積應基本一致，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 結論與建議

采用理正結構工具箱7.0PB4建立開洞和未開洞蓋板的有限元模型，通過對應力集中位置、分布范圍、極值大小的對比分析，發現帶人孔蓋板的內力分布規律與“洞口尺寸/板塊計算跨度”的比值相關，進而影響鋼筋的配置。主要結論如下:

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

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

3)當開孔直徑小于單向板計算跨度的1/4時，蓋板受力鋼筋應主要配置于洞口兩側，板跨中配筋面積應小于洞口兩側配筋;當開孔直徑大于單向板計算跨度的1/4時，蓋板洞口兩側與板跨中配筋面積應基本一致。