圆形沉井底梁荷载作用传力的计算方法比较.pdf

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1、第1期（总第164期）No.1(SerialNo.164)2013年2月CHINAMUNICIPALENGINEERINGFeb.2013DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2013.01.015圆形沉井底梁荷载作用传力的计算方法比较张达石（上海市城市建设设计研究总院，上海200125）摘要：在圆形沉井下设十字底梁的情况下，底梁的内力分析方法是将底梁作为一个4端简支的十字交叉梁，作用在其上的荷载为底板净反力按照一定的荷载分区分配到底梁及井壁上。对此种情况下，底梁计算时底板净荷载分配到底梁上，通过简化计算方法和按实际传力计算方法的跨中弯矩结果比较，得出误

2、差只有2.6%，简化计算略大。可见采用简化计算的方式是可靠、合适的。关键词：圆形沉井；十字交叉底梁；荷载分区中图分类号：TU473.2文献标志码：A文章编号：1004-4655（2013）01-0043-02给排水工程构筑物常采用沉井方法施工，其中圆形沉井是较常见的一种类型。对于内径较大的圆形沉井结构，为改善其底板受力并提高下沉稳定性，常在底板位置以下设置十字交叉的底梁，作为底板支承。对于该类底梁内力计算时底板传递的荷载，日常设计工作中只能采用简化方式计算，但采用何种简化方式较为合理，则需要仔细分析，做到既不浪费又安全。图1矩形板传力区域划分示意1问题提出2常用的简化计算方

3、法及结果某工程管道采用顶管法施工，其中1座顶管工对于本工程的底板为1/4圆形区域，实际设计中作井深度25m，采用沉井法不排水下沉施工。该常采用的简化方式把其等效成和以其两直边为两边的沉井设计为圆形，内径11m，壁厚1.3m，沉井刃矩形板，然后按照矩形板的传力划分进行计算。脚底埋深30.6m。根据封底混凝土厚度等要求，最本工程底板尺寸为半径5.3m的1/4圆。按照简终选定底梁尺寸为1m×4.7m矩形断面，底板被化传力进行计算，则作用于梁上的线荷载标准值传至底梁分成4个1/4圆区域，每个区域2个直边简支底梁的力如图2所示（梁跨度按照11.6m考虑）：底2于底梁上，1个弧形边简支

4、于井壁上。对于这样的板反力为318kN/m，则作用于梁上的线荷载标准值q结构，传统的计算理论是底板反力通过3个简支边为318×（5.3+0.5）=1845kN/m。十字交叉底梁4个传递到底梁及井壁上。端点按照简支计算，结果见图3，为15516.4kN·m。对于矩形结构，现行的规范及参考书目均有相应的传力模式，大体上是按照45°角划分受力区域（见图1）。A区域所受的力传递到1边上，B区域所受的力传递到2边上，C区域所受的力传递到3边上，D区域所受的力传递到4边上。但是对于异型板（包括本工程的1/4圆形板），则其传力分图2底梁受力示意图布区域不明确，无法准确地进行简化。1551

5、6.415516.415516.415516.4收稿日期：2012-02-10作者简介：张达石（1975—），男，工程师，硕士研究生。图3十字梁内力计算结果（kN·m）43张达石：圆形沉井底梁荷载作用传力的计算方法比较2013年第1期3按实际传力计算方法及结果对于异型板传递到支承构件的力的大小，最准确的计算方法是先按照各边界简支的边界条件建立板的计算模型，按照板实际受力情况计算实际传递到各支承边的竖向力，然后，将这些竖向力反作用在支承构件上，计算支承构件的内力。本工程的底板为1/4圆形板区域，计算采用通用有限元计算程序MIDASCivil2011进行计算。计图41/4圆板有

6、限元计算模型算模型如图4所示，采用4节点板单元，板单元厚度按实际输入，径向均匀划分段数为40，环向间作用效应所致，在作为底梁荷载施加时负值按均匀划分段数为30，周边简支。荷载为均布荷载照零来考虑。将上述反力的2倍按照对应的节点作2318kN/m，其中2个直角边反力计算结果如图5用于梁上，计算4个端点简支的十字梁内力结果如所示。图5中两侧端部3个节点出现负值是因为空图6所示。计算跨中最大的弯矩为15130kN·m。图51/2底梁上作用荷载分布示意图15516.4kN·m，而根据实际传力计算的相应跨中弯矩为15130kN·m，即简化计算的弯矩值比理论计算的实际弯矩值大386.4

7、kN·m，相对误差为2.6%。根据计算结果对比，简化计算和按实际计算的结果相当，略大一点，但不至于引起浪费。因此，图6按实际传力十字梁内力计算结果（kN·m）采用简化计算的方式计算圆形沉井的十字交叉底梁4结语的方法是可靠且合适的，既满足了日常设计工作中简化计算所得的十字交叉梁跨中弯矩为简化计算提高效率的目的，又确保了计算的准确性。（上接第39页）表3再生水工程投资运算表1.852-1.852-4.87管径/h=10.67qLCD（1）DN100DN150DN200DN300DN400DN500DN800合计mm3式