第１期（总第１６４期） ２０１３年２月 中团彳跋工露 ＣＨＩＮＡ ＭＵＮＩＣＩＰＡＬ ＥＮＣＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｎｏ．１（ＳｅｒｉａＩ Ｎｏ １６４） Ｆｅｂ．２０１３ ＤＯＩ：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 ２ 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常用的简化计算方法及结果 某工程管道采用顶管法施工，其中ｌ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２５ ｍ，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１ １ ｍ，壁厚ｌ－３ ｍ，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３０．６ ｍ。根据封底混凝土厚度等要求，最 本工程底板尺寸为半径５．３ ｉｎ的１／４圆。按照简 终选定底梁尺寸为１ ｍ×４．７ ｍ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Ｈ．６ ｒｆｌ考虑）：底 于底梁上，１个弧形边简支于井壁上。对于这样的 板反力为３１８ ｋＮ／ｍ ，则作用于梁上的线荷载标准值 结构，传统的计算理论是底板反力通过３个简支边 为３１８ Ｘ（５．３＋０．５）＝１ ８４５ ｋＮ／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１５ ５１６．４ｋＮ・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 ｇ＃一 ｇ ＼ ｇ 域（见图ｌ ｏ Ａ区域所受的力传递到１边上，Ｂ区 下 ／Ｔ、 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 布区域不明确，无法准确地进行简化。 图２底梁受力示意图 一 收稿日期：２０１２—０２—１０ 山 ＝ 一 作者简介：张达石（１９７５一），男，工程师，硕士研究生。 图３十字梁内力计算结果（ｋＮ・ｍ） ４３ 中国彳放ｚ ３按实际传力计算方法及结果 张达石：圆形沉 梁荷警 竺 ！！ 兰 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 ■Ｔ ∞． ●Ｔ寸ｃ－ 到各支承边的竖向力，然后，将这些竖向力反作用 ｎ■Ｔ ． 在支承构件上，计算支承构件的内力。 ｎＨ●■Ｔ寸 ０ｎ●■Ｔ ４ｌ ∞ 寸●■ 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ＭＩＤＡＳ Ｃｉｖｉｌ ２０１ １进行计算。计 ∞ ●■Ｔ ●●■ ● 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 图４ １／４圆板有限元计算模型 ０＿【 ● ＿【 ０ ●■●● ●■Ｔ． 间作用效应所致，在作为底梁荷载施加时负值按 ●■● ● ＿【 ｃ８ ●●● ＥＩ 照零来考虑。将上述反力的２倍按照对应的节点作 均匀划分段数为３０，周边简支。荷载为均布荷载 ∞●■●● ●寸＿【 ∞●■， ● ３１８ ｋＮ／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 ｎ ●■●●●● 卜 ●■Ｔ●● 图６所示。计算跨中最大的弯矩为１５ １３０ ｋＮ・ｍ。 ●■Ｔ ●● ∞一 ＿【 ０ 【＿Ｎ ＮＮ ｎ 寸Ｎ 导，７－ ∞ ●■● ● ●●● ●● ００＿【●● ●， ００＿【▲●●● ● ００＿【●■●● ● ▲ ●，¨１Ｉ【 『 ▲ 珲 ∞ ▲干●●■Ｔ●● Ｎ ｎ ▲＿ ● ∞ 圈５ １／２底桨Ｉ－１乍用何载分币不蒽圈 Ｎ ●■，●● ●口 ∞●●●●● 。ｎ ■．０１．＿３００７０４０８５０ｅ＋０器 ∞●■Ｔ● ●●＿【ｎ ＿【∞●●●， ｇ９●●● ▲ＩＩ１ Ｎｎ●■ ：－２｝．：７ｊ４；９箦６９；ｅ筹＋０８０８； －－１５ ５１６．４ ｋＮ・ｍ，而根据实际传力计算的相应跨中弯 ●■ ●●●ｎ ｎ ｎ 算的实际弯矩值大３８６．４ ｋＮ。Ｉｌ＇ｌ，相对误差为２．６％。 ｎ 根据计算结果对比，简化计算和按实际计算的 ｎ●■Ｔ● 矩为１５ １３ｏ ｋＮ・ｍ，即简化计算的弯矩值比理论计 ６．８７ ４２３ｅ＋００； ９．６；；９８２８ｅ＋０＋００ｉ Ｉ鬈｛霾窦疆 图６按实际传力十字梁内力计算结果（ｋＮ・ｍ） 结果相当，略大一点，但不至于引起浪费。因此， 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 简化计算提高效率的目的，又确保了计算的准确性。 表３再生水工程投资运算表 简化计算所得的十字交叉梁跨中弯矩为 （上接第３９页） ｈ：１ ０．６７ｑ ・ ２ＬＣ－ ＿ ２Ｄ一 。 （１） 管径／ ＤＮ１００ ＤＮ１５０ ＤＮ２００ ＤＮ３００ ＤＮ４００ ＤＮ５００ ＤＮ８ｏ０ 合计 长度／ ４ ５００ ９ ６０４ ４２３７ ７ ２５３ ５ ９４０ ２ ３７４ １ ５５３ ３５ ４６１ 工程 式中：ｈ为水头损失，Ｉｎ；ｑ为流量，ｉｎ ／ｓ；Ｌ为管 道长度，ＩＴＩ；Ｃ为系数，球墨铸铁管取ｌ １０，ＰＥ管 取１３０；Ｄ为管径，１１１。 经过ＷａｔｅｒＣＡＤ软件水力计算，再生水供水系 费甩｝ １０９．９８ ４９９．０６ ３４９．５３ １４８１－０５ ７９１．２ｌ ４３９．１９ ５９８．５３ ４２６８．５６ 万元 统计算结果：按远期最高日最高时流量进行计算， 注：增压泵站１座，规模Ｑ＝５ ０００ ｍ ／ｄ，费用２００万元；道路翻挖及 最高时总水量为１ ８７５ ｍ。／ｈ，白石港再生水厂出厂 修复费用１ ８４９．４６万元；工程投资合计６ ３１８．０２万元。 压力０．３３ ＭＰａ。拟在时代大道以东、无名２１路以 ３结语 南地块设ｌ座管道增压泵站，流量３０５．９ Ｉｎ ／ｈ、增 本再生水利用规划方案是在株洲市城市总体规 压１１．８ １ＴＩ。最不利点位于时代大道与无名２ｌ路交 划的基础上编制的，在下一步具体工程实施过程中 叉口处，该节点自由水头为１０．１ １１１。 需根据用水量发展的实际情况进行核算，以确定具 ２．１ ０再生水工程投资匡算 白石港再生水处理厂再生水工程投资匡算表见表３。 体实施方案。 管材 ＰＥ ＰＥ ＰＥ ＰＥ 球墨 球墨 球墨
