基于ABAQUS的新型变截面井盖研究

2016-08-02苏洪张迪朱贺

卷宗 2016年6期

苏洪　张迪　朱贺

摘要：检查井是城市地下设施非常重要的组成元素，由于绿化带和人行道宽度有限等原因，导致行车道上分布了为数不少的检查井。而井盖是通往城市地下设施的出入口的顶部装置，对行人、行车安全舒适通行都有不可小觑的影响，解决井盖存在的问题是很有必要的，本文就现有的问题提出新的井盖模型，并用ABAQUS进行有限元分析。

关键词：变截面；井盖；有限元分析；复合材料

1 井盖研究背景

随着我国经济的飞速发展，我国交通基础设施的建设又迎来一个新周期，井盖作为一种地下设施的出入口顶部的封闭物，对道路的质量和行人、行车的安全影响很大。我们要以“城市精细化建设管理”的理念来正确面对井盖所出现的问题，并以合理的方案解决问题。目前，道路上的井盖存在一些不可忽视的问题，给行人、车辆的通行带来不便及隐患，这些问题亟待解决。

2 传统井盖存在的问题

1、井盖的下沉：井盖的下沉一方面是由于井座连接不稳固，结合部位砂浆砌筑不饱满、井身砌体有通缝等，在行车荷载作用下发生下沉；另一方面，雨水通过路面裂缝渗进井基础，导致地基强度降低，在外部作用等因素影响下，也加剧了井盖下沉。

2、井盖周边路面出现裂缝：井盖和井座间连接不稳固，车辆荷载产生对井盖的横向冲击力加速了井盖的松动进而导致井盖周边路面沥青混凝土剥落；同时，检查井与路面材料物理性质差异大，在车辆荷载作用下，天气原因和维护不当也会导致井周路面产生裂隙。

3、井盖被盗取的现象：传统的井盖材料多为铸铁。铸铁井盖具有高强度、高硬度，抗腐蚀性、抗冲击性等优点，但其较高的回收价值，一旦井盖的防盗做得不够彻底，井盖就容易丢失。

4、井盖脆裂问题：道路上的重车通过时，由于铸铁是脆性材料，井盖可能会发生突然脆裂的情况。

5、井盖跳响：当井盖出现上述的几个问题时，路面平整度遭到破坏，井盖下沉松动，当重车驶过时就会跳动并且发出响声，通过多方面影响而对行车不利。

6、井盖病害导致路面的使用范围限制：当驾驶员发现井盖引起路面裂缝或者井盖下沉等病害时，会有意识避开那部分路面，路面的使用率与原来相比降低。在车道划分不明显的道路上，会引起交通混乱，甚至会造成交通事故。

3 新型井盖方案的提出

道路检查井损坏的主要原因有材料、交通、施工、环境等方面的原因。材料方面，由于路面材料与井盖材料刚度差异较大，在荷载作用下的变形不同，由于变形差的存在会差生附加应力，导致其损坏。对于传统井盖，通过分析，可以发现传统井盖从受力与位移上来看部分材料并没有充分发挥作用，因此可以在不影响使用的情况下将那部分材料省去，与可持续发展的社会主题契合。从材料方面来看，传统的井盖采用铸铁，自重大，造价较高，并且容易丢失、锈蚀等，维护上需要一定的成本，因此通过比较采用其他材料来制造井盖。

根据以上井盖出现的问题，对传统的井盖进行优化，提出一种新型变截面井盖。

3.1 新型井盖截面

它主要从结构上来实现对传统井盖的优化，其特征是：下部向内凹，有一定的挠度，下边缘曲线采用了线性简单、易于掌握的圆曲线；上部与井座接触的部分采用整体上为T型嵌入的方式，将井盖固定在井座上方的位置；T型截面的翼缘部分形状为梯形，即变截面井盖的高度变化规律是斜线。井盖不是以饼式结构直接安装在井座上面，而是通过嵌入的方式，使受力承台上移，采用变截面结构形式，进一步削弱盖和井座间发生相对滑移的情况。

3.2 模型计算参数取值

机动车行驶和停放的道路、场地使用重型检查井盖。根据铸铁检查井盖规范《CJ/T 3012-93》检查井盖净宽不小于600mm，支座支承面宽度不小于20mm，井盖嵌入深度不小于40mm。计算时取材料为灰铸铁，弹性模量150Mpa，泊松比0.27。施加外部作用为为400Kpa压强。将新型井盖模型的参数取为：直径700mm，高60mm；傳统井盖模型取直径700mm，高60mm。取拱顶中心为坐标原点。

3.3 运用ABAQUS计算得出的结果

根据上表，随着拱顶的高度变化，最大位移、最大应力的变化情况也有所不同。在40mm处发生变化较大，同时，拱顶在50mm处最大应力与柱体的最大应力相差仅为2.6%，拱顶为45mm处最大应力相差7%，并且所有计算结果均满足国家标准即变形不大于D/300（D为井盖最大直径）。因此，为了提高材料的利用率，充分发挥材料的性能，可选择拱顶在40～50mm的位置处。

3.4新型井盖建议使用的材料

为了解决井盖具有回收价值而被不法之徒盗窃的问题，目前采用的解决措施有两种：一种是在井盖上安装防盗装置，起到一定的防盗作用，相应的增加了成本但不能从根本上解决问题；另一种是采用没有回收价值的材料制造井盖，从根本上解决问题。因此，选择复合材料作为制造井盖的原材料是时下兴起的好方式。

由于玻璃钢井盖具有轻质高强、抗疲劳性能好、破损安全性好、成型工艺性优越、耐腐蚀、外表美观、图案可设计性强等优点，并能很好地解决铸铁井盖被盗的问题，可以作为铸铁井盖理想的替代产品。

4 新型变截面井盖的优点

1、新型井盖“井盖和沥青路面是同时受力”在车辆来回碾压时，均匀的受力面能有效分散压力，T型嵌入式结构防止井盖发生沉降有限位功能。

2、改变了井盖边沿与井座衔接处的形状，保持良好的整体性，可以在一定程度上改善烂边的现象；同时井盖与井座的接触方式发生改变，可以更好的抵抗车辆荷载引起的横向冲击力，有效防止井盖松动和车辆驶过产生跳响的问题。

3、新方案减少了材料的用量，与饼式结构相比可以一定程度地减少成本而不影响车辆的行驶和道路的使用。

4、复合材料的使用可以在降低成本的前提下，满足使用过程中的各项要求，而且有效避免了井盖丢失的情况。

5、采用变截面的形式，嵌入结构的上部高度呈斜线规律变化，能一定程度的提高抗剪能力，并且能够减小井座与井盖间隙带来的不利影响，起到防跳响的作用。

6、在起到上述几个作用的同时能够保证路面的平整，也能相对的提高道路利用率。

井盖设施虽然占道路的建设投入比例小，但是对过往车辆安全顺适行驶和道路的使用程度有很大的影响。要切合“以人为本”、“城市精细化管理”的理念，重视对城市道路检查井井盖的控制，对井盖病害现象采取解决措施。

参考文献