城市匝道人行通道進(jìn)出口拆除分析

李燎玲，周云劍，向永川

(浙江交工集團股份有限公司，浙江 杭州 311103)

0 前 言

城市匝道樞紐下通常會伴隨建設(shè)貫穿各個方向的人行地下通道，在城市道路改擴建或因其他原因?qū)е碌挠玫貨_突，往往需要對通道進(jìn)出口進(jìn)行改造或拆除，為保證拆除過程中的安全，需對擬拆除的人行通道進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1 工程概況

某環(huán)形立交，環(huán)島位于立交中心位置，半徑30 m，立交匝道路基采用“半填半挖”形式，兩側(cè)布置地面輔道，東側(cè)輔道部分段為人行梯道。在環(huán)島下布設(shè)有兩段人行地道(4.9 m×3.0 m)溝通環(huán)島四周的人行系統(tǒng)，人行系統(tǒng)平面布置簡圖如圖1所示。

圖1 拆除區(qū)域示意圖(單位：cm)

2 拆除工程范圍

根據(jù)建設(shè)需要，現(xiàn)需對人行地道的FB人行地道的FB1及FB2階段側(cè)墻及蓋板區(qū)域進(jìn)行拆除。拆除相關(guān)區(qū)域后，F(xiàn)B1及FB2節(jié)段由原封閉箱體變?yōu)長型“擋土墻”，由于結(jié)構(gòu)主要承重截面的改變，需對拆除后形成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算驗算，并根據(jù)計算驗算結(jié)果，判斷是否對拆除結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固或改造處理。節(jié)段拆除后典型截面見圖2。

圖2 節(jié)段拆除后典型截面(單位：cm)

3 結(jié)構(gòu)拆除計算分析

3.1 拆除結(jié)構(gòu)計算方法

采用Midas Civil結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行計算分析，截取1 m寬度進(jìn)行橫向框架分析。模型共采用梁單元模擬橫向框架結(jié)構(gòu)，采用彈性支承模擬地基土，選取FB1入口端進(jìn)行有限元建模作為示例，模型如圖3所示。

圖3 FB1節(jié)段有限元模型(1 m節(jié)段)

3.2 荷載計算

1)FB1節(jié)段荷載計算。

(1)土的重力及土側(cè)壓力。

由于土體并未直接作用在FB1/2頂面，F(xiàn)B1/2節(jié)段僅受土側(cè)壓力，F(xiàn)B1/2最大覆土高度為4.7 m，取箱體側(cè)墻水平壓力：

側(cè)墻頂：qH1=λγH=tan2(45°-35/2)×18×4.7=22.93 kN/m2

側(cè)墻底：qH2=λγ(H+Hb)=tan2(45°-35/2)×18×8.35=40.64 kN/m2

(2)汽車荷載及汽車引起土側(cè)壓力。

汽車未直接作用在FB1/2頂面，僅考慮FB1/2節(jié)段受汽車引起的土側(cè)壓力，汽車引起土側(cè)壓力為：

水平壓力：qHQ=λγH=tan2(45°-35/2)×18×0.58=2.82 kN/m2

2)作用在FB1箱體上的荷載。

根據(jù)計算結(jié)果，汽車荷載、恒載分項系數(shù)，計算作用在箱體上的荷載。

箱體側(cè)墻水平壓力：

頂：qH頂=1.2qH1+1.4qHQ=31.46 kN/m2

底：qH底=1.2qH2+1.4qHQ=52.15 kN/m2

3.3 拆除前元結(jié)構(gòu)分析

3.3.1 受力計算

考慮結(jié)構(gòu)自重、土自重及土側(cè)壓力、汽車荷載及汽車荷載引起土側(cè)壓力及收縮徐變10年，計算箱體彎矩、軸力、剪力及支承反力如圖4所示。

(a)計算彎矩

原結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載作用下，最大彎矩發(fā)生受荷面底板與側(cè)墻接頭端，為75.42 kN·m，最大軸力發(fā)生在未受荷側(cè)墻底，為81.67 kN；最大剪力發(fā)生在受荷面?zhèn)葔Φ祝瑸?8.51 kN，基底最大支承反力為82.2 kN。

3.3.2 原結(jié)構(gòu)驗算

根據(jù)原設(shè)計配筋圖對結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力驗算、正常使用極限狀態(tài)下裂縫寬度的驗算以及地基承載力的驗算。

1)承載力驗算。箱體頂板、底板、側(cè)墻均數(shù)據(jù)壓彎構(gòu)件，選取受力最為不利的頂板，根據(jù)原設(shè)計采用驗算規(guī)范《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JDG D62—2004)進(jìn)行相關(guān)驗算。

抗彎：由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62—2004)第5.2.2條。

γ0md=225.9 kN·m

抗剪：由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62—2004)第5.2.7條。

γ0Vd=354.9 kN

2)裂縫寬度驗算。按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)第4.1.7條進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)作用短期效應(yīng)組合，對頂板裂縫寬度進(jìn)行驗算：

Wfk=C1C2C3σss(30+d)/Es/(0.28+10ρ)

計算得裂縫寬度:Wmax=0.217 mm

3)地基承載力驗算。箱體采用C15混凝土墊層，其設(shè)計強度為6.9 MPa，根據(jù)計算得到最大反力為270.9 kN，計算基地應(yīng)力為：

σ=P/A=270/(1×0.5)=540 kN/m2=5.4 MPa<6.9 MPa，滿足設(shè)計要求。

3.4 拆除后分析

3.4.1 拆除后結(jié)構(gòu)受力分析

考慮結(jié)構(gòu)自重、土自重及土側(cè)壓力、汽車荷載及汽車荷載引起土側(cè)壓力及收縮徐變10年，計算箱體彎矩、軸力、剪力、支承反力及結(jié)構(gòu)位移如圖5所示。

拆除后結(jié)構(gòu)在修正后的實際荷載作用下，最大彎矩發(fā)生受荷面底板與側(cè)墻接頭端，為257.89 kN·m，最大軸力發(fā)生在受荷側(cè)墻底，為67.45 kN；最大剪力發(fā)生在受荷面?zhèn)葔Φ祝瑸?86.39 kN，基底最大支承反力為72.2 kN，拆除后懸臂端最大位移為11.35 mm，拆除前為7.14 mm，較拆除前增加4.21 mm。

(a)計算彎矩

3.4.2 結(jié)構(gòu)拆除后結(jié)構(gòu)驗算

1)截面驗算。對于拆除后的FB1節(jié)段，其內(nèi)力計算結(jié)果均小于原結(jié)構(gòu)設(shè)計抗力，因此，結(jié)構(gòu)拆除后結(jié)構(gòu)的承載力仍滿足原設(shè)計要求。

2)抗滑穩(wěn)定性驗算。對于擋土墻墻身的抗滑穩(wěn)定Kc，規(guī)范要求不小于1.3，計算公式如下：

式中，W為墻體自重；Ey為土壓力豎向分力；Ex為土壓力水平分力；f為基地摩擦力，由于基地為C15混凝土墊層，取f=0.7。

W取1 m寬度進(jìn)行計算，得：89.38 kN，Ey為0，Ex為46.5 kN，計算Kc得：

滿足規(guī)范要求。

3)抗傾覆穩(wěn)定性驗算。對于擋土墻墻身的抗滑穩(wěn)定Ko，規(guī)范要求不小于1.5，計算公式如下：

式中，ZW、Zy、Zx分別為各力距轉(zhuǎn)動點的力臂；其余符號與抗滑穩(wěn)定含義相同。

W取1 m寬度進(jìn)行計算得：89.38 kN，Ey為0，Ex為46.5 kN，計算Ko得：

滿足規(guī)范要求。

4 結(jié) 論

本文通過對一環(huán)形交通中涉及的人行系統(tǒng)入口拆除進(jìn)行計算分析，首先計算分析了原結(jié)構(gòu)在當(dāng)前荷載作用下結(jié)構(gòu)的受力狀況，并驗算結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)果表明原結(jié)構(gòu)滿足當(dāng)前荷載要求。同時，對從箱型封閉結(jié)構(gòu)拆除成為開口L型結(jié)構(gòu)的構(gòu)造物進(jìn)行驗算，結(jié)果表明，拆除后的結(jié)構(gòu)在截面驗算、抗滑、抗傾覆驗算中均滿足規(guī)范要求。需要注意的是，在進(jìn)行原結(jié)構(gòu)驗算中，將結(jié)構(gòu)視為閉口框架梁進(jìn)行驗算，結(jié)構(gòu)中存在軸力、彎矩，截面驗算時需將結(jié)構(gòu)作為偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行驗算，當(dāng)結(jié)構(gòu)拆除后，剩余結(jié)構(gòu)視為重力式擋土墻，按擋土墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗算。

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