城市綜合管廊交叉節點受力性能研究

摘 要：為研究城市地下綜合管廊交叉節點的受力性能，以兩條綜合管廊在道路十字交叉口上下垂直兩層相交節點為研究對象，采用有限元方法進行了綜合管廊復雜交叉節點應力分析和位移計算，揭示了地下一層不落地管廊壁板的深梁力學性能。旨在為結構設計、施工及相關類似工程建設提供數據與依據。

關鍵詞：綜合管廊;交叉節點;深梁;力學性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.099

0 引言

城市綜合管廊是指建于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的構筑物及附屬設施，綜合管廊一般包括干線綜合管廊、支線綜合管廊和纜線管廊。為了彌補我國城市基礎設施建設的短板，目前城市地下綜合管廊正在我國如雨后春筍般的大規模建設。

城市道路縱橫交織，建于城市道路下的綜合管廊在城市道路交叉口相交就不可避免，兩個方向的兩條綜合管廊在道路十字交叉口相交或干線管廊預留支線管廊的接口時都需要合理處理交叉節點管線相交問題，可以采用的交叉節點處理方式一為：管線采用上翻方式通過，但是這樣的不足之處是不能設置上翻管線人員檢修通道，處理方式二為：交叉節點處采用豎向上下兩層綜合管廊方案，這個方案的優點是可以滿足設置人員檢修通道的要求;不管采用哪一種方式都存在上翻的一部分壁板與下層管廊壁板垂直相交或者上層管廊壁板與下層管廊壁板垂直相交，且與下層管廊垂直相交的上層管廊壁板不能落地，不能落地的上層管廊壁板以下層垂直相交的管廊壁板作為支座，上層管廊不落地壁板在實際荷載條件下的受力狀態及如何進行合理的設計計算是城市地下綜合管廊工程結構設計中一個亟待解決的問題，也是一個保證城市地下綜合管廊百年工程必須要解決好的問題。

以實際工程中碰到的工程問題作為研究對象，利用有限元軟件對城市地下綜合管廊交叉節點進行了整體分析，計算了不能落地的管廊壁板在實際載荷條件下的應力和變形等，并對交叉節點處的結構構造措施提出了意見和建議。

1 綜合管廊基本設計理論

鋼筋混凝土綜合管廊結構一般為矩形箱涵結構，結構的受力模型為閉合框架，標準斷面的計算一般取1m寬的截條按二維平面計算模型進行內力計算，如圖1所示。用二維計算模型計算出內力后，再用《混凝土結構設計規范》中承載能力極限狀態計算和正常使用極限狀態驗算的相關計算公式進行管廊壁板、頂板、底板及中隔墻的配筋計算、抗剪計算及裂縫驗算等。綜合管廊是百年工程裂縫控制較為嚴格，所以綜合管廊的配筋一般為裂縫控制;覆土比較厚時頂板或底板有可能抗剪不能滿足要求，設計時需要注意。

其中圖1中，1—綜合管廊頂板荷載，如覆土重量、綠化帶荷載、非機動車活荷載及機動車活荷載;2—綜合管廊地基反力;3—綜合管廊側向水土壓力。

2 綜合管廊交叉節點有限元計算模型

某城市兩條道路的地下綜合管廊在道路十字交叉口相交，相交節點處采用上下兩層綜合管廊垂直相交方案，其中地下一層綜合管廊為鋼筋混凝土現澆綜合管廊，設電纜艙和綜合艙兩個艙室;艙內凈尺寸其中電纜艙寬2.2m，綜合艙寬2.3m，高3.8m，外側壁板厚350（節點處400）mm，中隔墻厚250mm，頂板及底板厚350（節點處400）mm，如圖2所示。地下二層綜合管廊也是鋼筋混凝土現澆綜合管廊，也設電纜艙和綜合艙兩個艙室;艙內凈尺寸其中電纜艙寬2.45m，綜合艙寬2.4m，高3.4m，外側壁板厚400mm，中隔墻厚250mm，頂板及底板厚400mm，如圖3所示。地下一層綜合管廊頂板覆土6.5m，管廊位于綠化帶下?；炷翉姸鹊燃塁40。

綜合管廊工程建筑結構安全等級：一級;主體結構設計使用年限：100年;建筑抗震設防類別：乙類;地基基礎設計等級：丙級;主體結構裂縫控制等級：三級（0.20mm）;綜合管廊防水等級：二級;基本風壓：W0=0.35kN/m2，地面粗糙類別：B類;抗震設防烈度：7度，設計基本地震加速度值：0.10g，設計地震分組：第三組，建筑物場地類別：Ⅱ類。地面活荷載選地面堆載和綠化荷載的較大值：10kN/m2。本工程建設場地工程地質條件為黃土。

3 綜合管廊交叉節點有限元計算分析

綜合管廊標準斷面的計算一般都采用二維平面閉合框架模型，但綜合管廊交叉節點為三維空間結構，結構的空間尺度及荷載條件都與標準斷面完全不同，采用二維平面計算模型難以反映交叉節點處結構的真實內力，所以需要采用三維空間計算模型對交叉節點進行計算，如此才能確保結構內力計算準確。

綜合管廊復雜交叉節點計算采用三維有限元模型進行建模計算，模型中地下一層管廊節點的壁板用梁（高截面）來建立，在特殊梁中指定該梁為殼元梁，計算模型中的殼元梁受力性質和墻是一樣的，單工況恒載作用下管廊交叉節點地下一層壁板（單元網格長度為0.5m）的應力分布圖如圖4和圖5所示：

由圖4的地下一層管廊壁板應力分布圖可知，拉應力分布在地下一層管廊壁板的上部，因地下一層管廊壁板以地下二層管廊壁板為支座，不能落地，端部支座以外管廊壁板還有懸挑，其受力性質類似兩跨帶懸挑連續深梁，圖中的應力分布很好的揭示了這一受力性質。為綜合管廊交叉節點的結構設計計算提供了依據。

圖4中兩跨帶懸挑的連續深梁左跨跨高比為0.8，右跨跨高比為0.6，均小于1，但是地下一層管廊壁板中部支座處拉應力分布并不是沿壁板高度中部最大，而是頂部最大，因管廊壁板上還作用有側向土壓力，其受力狀態并不完全與“砼規”中的深受彎構件相同，所以實際工程設計中不能簡單的按“砼規”中以跨高比進行支座處截面縱向受拉鋼筋在不同高度范圍內的分配比例進行支座截面的配筋，應按實際計算結果進行配筋。

城市地下綜合管廊一般跨徑比較小，配筋計算中一般為正常使用極限狀態下的裂縫控制配筋，又因綜合管廊的底板、壁板及頂板一般不配置彎起鋼筋，為了滿足斜截面的受剪承載力的要求，所以其底板、壁板及頂板一般較厚，變形問題并不突出。

4 結論及建議

通過對城市地下綜合管廊交叉節點進行有限元分析計算，得到如下結論：

（1）城市地下綜合管廊交叉節點中不能落地管廊壁板的應力分布圖揭示了不落地管廊壁板的受力性質為深梁，應按深梁進行結構設計。

（2）結構設計中不能落地的管廊壁板支座處截面縱向受拉鋼筋在不同高度范圍內的分配比例應按實際計算結果進行配筋，不能簡單的按跨高比進行配筋。

（3）城市地下綜合管廊一般跨徑較小，整體性較好，管廊的底板、壁板及頂板因截面需滿足抗剪、按裂縫控制配筋等因素，一般較厚，所以管廊交叉節點的變形問題并不突出。

（4）城市地下綜合管廊交叉節點中不能落地的管廊壁板在支座處有應力集中現象，結構設計中需要局部采取設暗柱等加強措施。

參考文獻：

[1]城市綜合管廊工程技術規范（GB50838-2015）[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[2]王恒棟，薛偉辰.綜合管廊工程理論與實踐[M].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[3]混凝土結構設計規范（GB50010-2010）（2015年版）[S].北京：中國建筑工業出版社，2015.

基金項目：陜西省教育廳專項科學研究計劃項目（17JK1104）

作者簡介：邸海燕（1984-），女，安徽亳州人，工學碩士，講師，主要從事土力學與地下工程教學與研究。