地下综合管廊结构标准段的抗震分析

2019-01-19杨佳春

山西建筑 2019年3期

关键词：管廊抗震土层

杨佳春

(上海市政交通设计研究院有限公司,上海 200030)

1 概述

地下综合管廊作为城市的重要生命线工程，其重要性不言而喻，如何保证其在地震作用下的安全性是一个紧迫而又重要的命题[3]。

基于反应位移法，利用有限元计算软件Robot Structural Analysis对荆门市某综合管廊进行抗震计算分析，并对比在考虑抗震作用和不考虑抗震作用下的内力、配筋等结果，为地下综合管廊结构是否需要进行抗震分析提供了重要依据。

2 反应位移法原理

反应位移法是基于一维土层的地震反应分析，其结构计算变形与实测变形较为吻合，较为清晰反映土体—结构间的相互作用，我国的《城市轨道交通结构抗震设计规范》将其作为主要计算方法[4]，反应位移法抗震计算简图见图1。

3 工程案例

湖北省荆门市某综合管廊为两舱断面，分别为高压电力舱和综合舱，断面形式见图2。

综合管廊结构设计使用年限为100年，覆土厚度为2.5 m，横断面总长5.8 m，总高3.4 m，纵向长度每20 m分缝一道，抗震设防烈度为6度(0.05g)，场地类别为Ⅱ类，抗震设防类别为重点设防类。管廊结构顶板、底板及侧墙厚度均为300 mm，混凝土强度等级为C35，采用明挖法施工，周边土体为压实回填土，抗浮水位取至地面，工程项目土层分布及物理力学参数详见表1。

表1 土层分布及其物理力学参数

土层名称天然重度/kN·m-3黏聚力/kPa内摩擦角/(°)②耕土18.077③黏土19.42815④强风化泥质粉砂岩21.34820⑤中风化泥质粉砂岩23.29027

3.1 模型建立

综合管廊静力作用阶段，结构控制工况为正常使用极限状态标准组合，根据裂缝宽度0.2 mm进行结构配筋；地震作用阶段，结构控制工况为承载能力极限状态偶然组合，根据承载力进行结构配筋。

分别建立静力作用阶段、地震作用阶段的计算模型，见图3，图4。

地震作用阶段平面计算模型将周围土体作为支撑结构的地基弹簧，结构可采用梁单元进行建模。对于管廊底板的弹簧刚度取所在土层的垂直基床系数，侧墙的弹簧刚度取所在土层的水平基床系数。主体结构材料比重取25 kN/m3，水比重取10 kN/m3，结构侧压力按水土分算的原则进行计算。

通过计算，场地地表最大位移umax=0.06 m；结合地勘报告，取设计地震作用基准面深度为30 m。对标准段侧墙进行弹簧支座设定并计算弹簧支座绝对位移、相对位移及等效地震荷载值，来建立土层地震反应位移与结构所受地震作用力之间的联系。

3.2 计算结果

利用有限元计算软件Robot Structural Analysis对管廊进行抗震计算分析，计算结果见图5，表2。

表2 内力统计对比表

位置内力标准组合地震组合控制工况F1/F3M/kN·m83.98109.43V/kN122.63151.51As/mm21 6961 232正常使用极限状态标准组合F2M/kN·m34.0126.83V/kN108.31102.92As/mm2628600正常使用极限状态标准组合Q1/Q2M/kN·m65.5788.52V/kN142.83186.22As/mm21 257986正常使用极限状态标准组合Q3/Q4M/kN·m83.98109.43V/kN141.63208.17As/mm21 6961 232正常使用极限状态标准组合Q5/Q6M/kN·m45.8478.3V/kN14.5920.83As/mm2855868承载能力极限状态偶然组合D1/D3M/kN·m63.7794.18V/kN118.68142.92As/mm21 1841 052正常使用极限状态标准组合D2M/kN·m52.743.47V/kN113.80116.22As/mm2942600正常使用极限状态标准组合注:As为受拉区计算值,标准组合按0.2 mm裂缝宽度计算

综合管廊支座处配筋由裂缝控制，通过正常使用极限状态标准组合进行选筋可满足地震作用效应下的承载力计算；综合管廊侧墙内侧配筋若仍按正常使用极限状态标准组合进行裂缝选筋偏不安全，控制工况应为承载能力极限状态偶然组合。

本工程综合管廊若不进行抗震计算，侧墙内侧(Q5/Q6)处配筋采用14@180(As=855 mm2)，可满足裂缝控制要求(ω=0.186 mm)，略小于地震作用下承载能力极限状态要求(As=868 mm2)。对综合管廊承载力极限状态进行复核计算，当选配14@180时，管廊内侧可承受的M=77.2 kN·m略小于地震作用下承载能力极限状态要求的78.3 kN·m。