地下钢筋混凝土圆管涵优化分析

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1、第o8期(总第363期)吉林水利2012年08月【文章编号]1009-2846(2012)08-0033-04地下钢筋混凝土圆管涵优化分析沈灵。凌霄(重庆交通大学河海学院，中国重庆400074)[摘要】针对钢筋混凝土圆形管涵受力问题，以某一码头煤炭堆场管涵作为研究对象。首先，对管涵初始设计构造进行应力分析。结果发现当管涵上部回填土的厚度高于2．0m时，现有规范规定的尺寸已不再符合实际工程要求，甚至会致使涵管遭破坏。然后。根据初始方案圆形管涵的体积最小化问题，通过有限元软件分析，优化出既安全又经济的管涵型号。[关键词]管涵；体积最小化；有限元；优化；安全；经济[中图

2、分类号]’Ⅳ672"．2[文献标识码]B水管涵有所区别，其上部承受高度为5m回填土土0引言压力及煤炭堆货荷载等，所以有必要对管涵受力破坏情况进行分析。需对本工程管涵进行相对应随着经济的迅猛发展。地下埋管已广泛应用的结构优化设计。于水利、市政等工程中。其中钢筋混凝土圆管涵因2010~10钢蛙网宽L_，搭接K≥lo0其施工简便、工期短，在码头堆场建设、水利、公路l：25水泥砂浆—户。≥捕人管蜒诛。‘、一。行业中应用极为广泛．然而在其设计中如何选择／＼1：25水泥砂浆捻其最优型式才能既发挥其最好的使用效果。又可相接处凿毛，Dg200＼，7一避免造成施工问题和出现管涵开裂

3、现象。是工程界关注的问题。本文针对某码头煤炭临时堆场的

4、管涵设计实例，采用有限元软件对其截面进行破，C20砘／—一～一—一坏分析及截面优化，为类似码头堆场的管涵结构i的设计提供参考。熬勘：嚣‘1工程概况图1管涵截面设计图某码头煤炭临时堆场建设前场地地层由第四2优化模型系杂填土、残坡积粉质粘土及冲洪积粉细砂及下伏侏罗系中统的砂泥岩组成。堆场整改项目中包2．1模型分析含一段地下钢筋混凝土管道设计。初步设计管涵根据文献[1】．对于低压钢筋混凝土管道管壁厚截面如图I所示。管涵全长206m，每5m一段，根度最低可取0．12D，则本工程tmin取180ram，且圆据雨水流量，

5、选取直径D=I．5m的管涵，管顶回填管涵的壁厚一般都小于300ram，所以管壁厚度t取土高度Ho=5m。初步设计，1．5m管径管涵，壁厚选180---300ram范围。当管壁厚度大于lOOmm时，宜取为115ram。本项目为煤炭堆场工程，与常规的排配置双层受力环筋，环筋的保护层最小厚度不应【收稿日期]2O12—O46[作者简介]i~(1986一)。女，福建省福州市．硕士研究生，重庆交通大学河海学院港口、航道及近海工程专业，主要研究方向为港口、海岸工程结构度基础。一33—吉林水利地下钢筋混凝土圆管涵优化分析沈灵等2012年08月小于20ram。根据文献【2]。环筋的

6、保护层最小厚度不埋式土压力系数。取1．4。应大于35mm。环向钢筋的净距不应小于25nma，纵3．2侧向土压力计算向钢筋一般可按构造配置。埋管管道混凝土采用作用在地下管道上的侧向土压力标准值，1225砼。钢筋采用Q235，双筋布置。上部回填土为应按静止土压力计算。侧向土压力沿圆形管道管粘性土。基础采用C20砼坐垫，M7．5浆砌片石基侧的分布可视为均匀分布，其计算值可按管中心础。设管壁厚度为t，根据以上数据，得到相应的数处确定。采用r．K．克列恩的矩形分布假定c，其合学优化模型，目标函数极小化，每延米管涵混凝土力标准值按公式(6】计算：体积最小化：=a0H0tan(

7、45。一孚)D1(6)minV=仃[(R+力-R]xl=3．14×[(0．75+力一式中：为管侧土压力标准值(kN／m)；为回0．5625](1)填土的重力密度(kN／m3)，取18kN，m3；凰为自设计2．2约束条件分析地面至管中心处的深度(m)，本项目取5．75m；D几何约束条件为：为圆管外径，D=D+2t，t为管壁厚度；ao为涵管突出180mm≤t≤300mm比．管顶至C20砼基础距离与管外径之比，为0．5；考虑在最不利荷载组合条件下，管涵的三个为内摩擦角，粘性土取30。。控制截面(管顶、管侧、管底)上各控制点的环向应3．3管节自重产生的垂直压力计算力。均限

8、制在许可的应力范围之内。G=(7)应力约束条件为：式中：G为管节自重产生的垂直压力(kN／m)；l≤[]=1．75MPa(2)为管材容重(kN／m3)，取25kN／m3。o-2~<[]=17．0MPa(3)3．4堆货荷载计算式中：为控制点的实际环向应力；、为混根据文献[4]后方堆场堆货(煤)荷载为凝土容许拉、压应力，混凝土抗拉强度一般约为极50KPa，按均布荷载计算。限抗压强度的1／10。3．5内水压力对于地下钢筋混凝土压力管来说，在正常使文献[5]中提及管壁厚度与管内受到的均匀用状态下。不允许出现裂缝，钢筋与混凝土之间始水压力之间存在关系，由拉梅(Lome)公式

9、移项化简终