花卉园人行地通安全性分析

1、花卉园人行地通结构荷载验算根据花卉园人行地通的结构现状和使用状况，现拟采用有限元数值模拟的方 法，对其进行荷载验算和安全性分析，以便评价其整体结构的安全性。1.1设计荷载分类及组合根据城市人行天桥与人行地道技术规范(cjj69 - 95)，地通设计荷载 分类应符合表1的规定。表1荷载分类表号 编1永久荷载(恒载)234567可变荷载89o112力 震 地地通结构设计时，应根据结构形式、受力条件、地下水情况等因素，就施工、使用阶段可能同时出现的作用荷载，选择最不利荷载组合进行计算。其荷载组合 形式主要有以下儿种：组合i:可变荷载(平板挂车荷载除外)的一种或儿种与永久荷载的一种或 儿种相组合；组合

2、ii：平板挂车荷载与结构重力、预应力、土的重力及土侧压力屮的一种 或几种组合;ill：在进行施工阶段验算时，根据何能出现的施工荷载进行组合；iv：结构重力、预应力、土重及土侧压力屮的一种或儿种与地震力相组合。 其中人群荷载可按4kn/n?计算，土的重力对地道的竖向和水平压力强度， 可按下式计算：竖向压力强度qv=yh水平压力强度qn=xyh式屮丫一土的重度，kn/m3；h计算截面至路面顶的高度；九一侧压力系数，按下式计算：x=tg2 (45-0/2)0土的内摩擦角。其他荷载的确定方法可具体参照城市人行天桥与人行地道技术规范 (cjj69 - 95)的相关说明。1.2有限元模型及参数确定花卉园人

3、行地通道埋深约2.0m,洞身主体长36.9m。通道采用明挖施工，洞 身主体为“门”型钢筋混凝土结构，衬砌厚度均为4()cm。该地通道场地原地貌 属丘陵地貌，经人工改造，表层为人工填土覆盖，现地表整体平坦，起伏较小。 地道围岩为砂岩，砂岩上部成黄灰色，下部灰色，由石英、长石、云母等矿物组 成，岩质硬，裂隙不发育，岩体较完整。根据花卉园人行地通设计资料和现场检测结果，选取典型断面，采用大型有 限元软件midas/gts并对其混凝土结构进行荷载验算。该断面地通道的混凝土框 架(衬砌)结构断血图如图1：5400图1花卉园人行地通道衬砌结构断面图本地通道可沿纵向取单位长度(lm)作平而结构计算，计算采用

4、荷载-结构 模式，即除了考虑竖向土压力和水平土压力外，还用具冇一定刚度的弹簧来模拟 因地层对结构变形的约束作用而产生的形变压力。c30钢筋混凝土弹性模量 e=31gpa,泊松比u=0.2,重度y =25kn/m地层弹性抗力系数k=100mpa/mo川川川川川川i图2有限元计算模型图外力边界：作用在衬砌上的外力分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。本计 算不考虑地震等偶然荷载的工况。永久荷载：作用在衬砌上的永久荷载主要有结构自重、顶板覆土重力、土侧 压力以及地层弹性抗力等。结构口重wi：结构口重w.会根据钢筋混凝土的重度和尺寸参数口行分配 到模型之屮，计算时无需在边界上添加结构的自重力。顶板覆土重力

5、w2：地道埋深h=2.0m,覆土重度y =20kn/m3o顶板覆土重力 w2= y bh=20 xl.ox 2.0=40kn/m。土侧压力e：边墙土侧压力左右对称分布，且从墙顶到墙角呈均匀线形分布 规律。计算时，边墙土侧压力系数x取0.5,墙顶侧压力ei=0.5x2.0x20=20kn/m； 墙脚侧压力 e2=0.5x20x(39+2.0)=59kn/m。基本可变荷载：城市汽车荷载该地道汽车荷载按照城市a级标准设计。本次计算按照 该标准计算，计算吋，可一直接在顶板之上施加竖直向下分布荷载，大小为pi=20kn/mo汽车引起的土侧压力汽车荷载引起的土侧压力在侧墙两侧均匀对称布置，其大小为 ei

6、=e2, =10kn/mo底板人群荷载p2：该地道无底板，人群荷载不能传递到框架结构上去，所以 计算吋可不考虑人群荷载。荷载组合：本次计算荷载组合按照永久荷载+基本可变荷载进行组合，组合的具体公式 为：s=1.2wi+1.2w2+1.4e+1.4pi+1.4 e'1 3计算结果分析1. 3. 1衬砌结构受力特征根据计算结果，该地通道衬砌结构的内力大小和分布特征如图3：beam forcefx,knm: -2.64e+002b-1.45887e+002 40.0%-1 57739*0020.0% 1 69590+0020.0%一-181441e+0020.0%j 93293002 0.0

7、%2 0514亦00210.0%2 16995x00211.9%-2 28846e+00216.0%-2 40697"00216.0%-2.52549e+00216.1%-2 64400x002(a) 衬砌结构轴力特征图beam forcemin：.1.53e+00253e+002hy,kn*m. +1.21618«*002i 12 6%*9 4u76<*00 53%+6 66185<o0】4.0%3 91185<*00125 0%1.16178e*00116 5%.1.58815e*00112.0%-433815e*0017.6%-?.08815e+00

8、16.3%-9.83815e+0015 5% 5.3%-1 53382e*002(b) 衬砌结构弯矩特征图2.20000t*002-4.40000e+0016 3%-1.76000e+002128%*8.80000e+00113.7%8.80000e-»-001127%-1.3200 叶 002137%4.39989*00113.4%-2.84217e-013133% 1.75999e+0026”+1.32000e+002-2.20000e+002(c) 衬砌结构剪力特征图 图3衬砌结构内力图 从内力图上可以看出：(1) 轴力方面：衬砌结构每个单元所受的轴力均为压力(值为负)，侧墙轴

9、力从上到下依次线性增大，即墙顶处最小，大小为220kn，墙脚处最大，大小 为264kx；顶板各部位单元的轴力大小均为146kx(2) 顶板、侧墙和的弯矩人小均成抛物线型分布，整个衬砌结构既存在正 弯矩(内侧受拉)，乂存在负弯矩(外侧受拉)，最大正弯矩出现在顶板屮心位 置，大小为122knm,最大负弯矩出现在墙顶处的侧墙与顶板的连接部位，大 小为 153 kn mo(3) 顶板、侧墙和底板的剪力均成线性分布，最大剪力出现在顶板两端靠 近侧墙的部位，大小为220kno进而分析可知，顶板中央所受弯矩、墙脚部位所受轴力均较其它部位人，以 及侧墙顶部也受到一定的弯矩和剪力作用，说明这些部位是整个衬砌结构

10、的较薄 弱位置，需引起足够重视。1.3.2衬砌结构承载力验算根据衬砌结构的受力特征，现拟对底板中央和墙脚部位的截面强度进行配筋 验算。参照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(jtg d62-2004) 5. 3. 5中钢筋混凝土矩形截面偏心受压构件的截面强度的计算方法，钢筋混凝土 犬偏心受压构件(xw0.56h°)的正截面抗压承载力需要满足以下公式：其中，中性轴的位置按下式确定：当轴向力n作用于钢筋a,和ap的重心z间时，式(2)中左边第二项取正号; 当n作用于他和九的重心以外时，则取负号。若计算中考虑受压钢筋时，则混凝土受压区高度应满足o如不满足, 则取x=2a/，止截面抗压

11、承载强度仍按照(1)式进行计算。式中：yo桥涵结构的重要性系数；汕一轴向力组合设计值(mn)；仁一混凝土轴心抗压强度设计值；os、。卩一普通钢筋的抗拉或抗压强度设计值(mpa)；as、a。一受拉和受压区普通钢筋的截面面积(点)；a、a/ 自钢筋as或ap的重心分别至截面最近边缘的距离(m)；co 轴向力对界面重心轴的偏心距，co二md/nd ；e、" 一自钢筋仏或ap的重心分别至轴向力作用点的距离(m),e= n eo+h/2-a , ef = ne0-h/2+a,其中n为偏心距增大系数，对于地道 涵洞等衬砌结构可直接取1；h截面高度(m)；ho«面的有效高度(m), ho

12、= h-a；b矩形截面的宽度或t形截面的肋宽(m)；x混凝土受压区的高度(m)。矩形截面的受弯构件，其止截面抗剪应符合卜列要求：了必 <().51x1o-37zjo式中：vd 验算截面处由荷载作用产生的剪力组合设计值(kn)；fwk混凝土立方体抗压强度标准值(mpa)；其它符号意义同前。顶板中央截面正截面偏心抗压承载力验算：假定该截面大偏心受压，由有限元计算结杲可知，该截面弯矩组合设计值为 122kx - ni,轴力组合设计值为146kn,并根据截面配筋构造图计算可得，该截面 b= 1000mm, h=400mm, a= a f =43mm, h0= 400-43=357mm , e0=

13、mc/nd=836mni, e二836+400/2-43二993mni, e 1 二836-400/2+43二679mm, as= ap=3273mm2, o = 0 p =280mpa,仏二13. 8mpa,根据式(2)有:受压区高度x=20. 5mm <0. 56h0=199. 9mm,即假定正确。因 x=31. 5mm<2a=86mni,故此时取x=86mm,将x=86mm带入公式(1)进行验算： fcdbx-(jsas + apap =1186.8bcn> y ond=146kno 因此该截面安全。边墙墙顶截面正截面偏心抗压承载力验算：假定该截面大偏心受压，由有限元计

14、算结杲可知，该截面弯矩组合设计值为153kn -m,轴力组合设计值为220kn,并根据截而配筋构造图计算可得，该截而 b= 1000mm, h=400mm, a二 63mm, a7 =33cm, h0= 400-63=337mm , e0=md/n尸695mni, e二695+400/2-63二832mm, e '二695-400/2+33二528mm, as= ap=3273mm2, o = a p =280mpa, fcd=13. 8mpa,根据式（2）有：受压区高度x=41mm<0. 56h0=199. 9mm,即假定按照大偏心计 算是正确的。i大i x=41mm<2 a' =66mm,故此