城市综合管廊交叉节点受力性能研究
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摘 要：为研究城市地下综合管廊交叉节点的受力性能，以两条综合管廊在道路十字交叉口上下垂直两层相交节点为研究对象，采用有限元方法进行了综合管廊复杂交叉节点应力分析和位移计算，揭示了地下一层不落地管廊壁板的深梁力学性能。旨在为结构设计、施工及相关类似工程建设提供数据与依据。
关键词：综合管廊;交叉节点;深梁;力学性能
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.099
0 引言
城市综合管廊是指建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施，综合管廊一般包括干线综合管廊、支线综合管廊和缆线管廊。为了弥补我国城市基础设施建设的短板，目前城市地下综合管廊正在我国如雨后春笋般的大规模建设。
城市道路纵横交织，建于城市道路下的综合管廊在城市道路交叉口相交就不可避免，两个方向的两条综合管廊在道路十字交叉口相交或干线管廊预留支线管廊的接口时都需要合理处理交叉节点管线相交问题，可以采用的交叉节点处理方式一为：管线采用上翻方式通过，但是这样的不足之处是不能设置上翻管线人员检修通道，处理方式二为：交叉节点处采用竖向上下两层综合管廊方案，这个方案的优点是可以满足设置人员检修通道的要求;不管采用哪一种方式都存在上翻的一部分壁板与下层管廊壁板垂直相交或者上层管廊壁板与下层管廊壁板垂直相交，且与下层管廊垂直相交的上层管廊壁板不能落地，不能落地的上层管廊壁板以下层垂直相交的管廊壁板作为支座，上层管廊不落地壁板在实际荷载条件下的受力状态及如何进行合理的设计计算是城市地下综合管廊工程结构设计中一个亟待解决的问题，也是一个保证城市地下综合管廊百年工程必须要解决好的问题。
以实际工程中碰到的工程问题作为研究对象，利用有限元软件对城市地下综合管廊交叉节点进行了整体分析，计算了不能落地的管廊壁板在实际载荷条件下的应力和变形等，并对交叉节点处的结构构造措施提出了意见和建议。
1 综合管廊基本设计理论
钢筋混凝土综合管廊结构一般为矩形箱涵结构，结构的受力模型为闭合框架，标准断面的计算一般取1m宽的截条按二维平面计算模型进行内力计算，如图1所示。用二维计算模型计算出内力后，再用《混凝土结构设计规范》中承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算的相关计算公式进行管廊壁板、顶板、底板及中隔墙的配筋计算、抗剪计算及裂缝验算等。综合管廊是百年工程裂缝控制较为严格，所以综合管廊的配筋一般为裂缝控制;覆土比较厚时顶板或底板有可能抗剪不能满足要求，设计时需要注意。
其中图1中，1—综合管廊顶板荷载，如覆土重量、绿化带荷载、非机动车活荷载及机动车活荷载;2—综合管廊地基反力;3—综合管廊侧向水土压力。
2 综合管廊交叉节点有限元计算模型
某城市两条道路的地下综合管廊在道路十字交叉口相交，相交节点处采用上下两层综合管廊垂直相交方案，其中地下一层综合管廊为钢筋混凝土现浇综合管廊，设电缆舱和综合舱两个舱室;舱内净尺寸其中电缆舱宽2.2m，综合舱宽2.3m，高3.8m，外侧壁板厚350（节点处400）mm，中隔墙厚250mm，顶板及底板厚350（节点处400）mm，如图2所示。地下二层综合管廊也是钢筋混凝土现浇综合管廊，也设电缆舱和综合舱两个舱室;舱内净尺寸其中电缆舱宽2.45m，综合舱宽2.4m，高3.4m，外侧壁板厚400mm，中隔墙厚250mm，顶板及底板厚400mm，如图3所示。地下一层综合管廊顶板覆土6.5m，管廊位于绿化带下。混凝土强度等级C40。
综合管廊工程建筑结构安全等级：一级;主体结构设计使用年限：100年;建筑抗震設防类别：乙类;地基基础设计等级：丙级;主体结构裂缝控制等级：三级（0.20mm）;综合管廊防水等级：二级;基本风压：W0=0.35kN/m2，地面粗糙类别：B类;抗震设防烈度：7度，设计基本地震加速度值：0.10g，设计地震分组：第三组，建筑物场地类别：Ⅱ类。地面活荷载选地面堆载和绿化荷载的较大值：10kN/m2。本工程建设场地工程地质条件为黄土。
3 综合管廊交叉节点有限元计算分析
综合管廊标准断面的计算一般都采用二维平面闭合框架模型，但综合管廊交叉节点为三维空间结构，结构的空间尺度及荷载条件都与标准断面完全不同，采用二维平面计算模型难以反映交叉节点处结构的真实内力，所以需要采用三维空间计算模型对交叉节点进行计算，如此才能确保结构内力计算准确。
综合管廊复杂交叉节点计算采用三维有限元模型进行建模计算，模型中地下一层管廊节点的壁板用梁（高截面）来建立，在特殊梁中指定该梁为壳元梁，计算模型中的壳元梁受力性质和墙是一样的，单工况恒载作用下管廊交叉节点地下一层壁板（单元网格长度为0.5m）的应力分布图如图4和图5所示：
由图4的地下一层管廊壁板应力分布图可知，拉应力分布在地下一层管廊壁板的上部，因地下一层管廊壁板以地下二层管廊壁板为支座，不能落地，端部支座以外管廊壁板还有悬挑，其受力性质类似两跨带悬挑连续深梁，图中的应力分布很好的揭示了这一受力性质。为综合管廊交叉节点的结构设计计算提供了依据。
图4中两跨带悬挑的连续深梁左跨跨高比为0.8，右跨跨高比为0.6，均小于1，但是地下一层管廊壁板中部支座处拉应力分布并不是沿壁板高度中部最大，而是顶部最大，因管廊壁板上还作用有侧向土压力，其受力状态并不完全与“砼规”中的深受弯构件相同，所以实际工程设计中不能简单的按“砼规”中以跨高比进行支座处截面纵向受拉钢筋在不同高度范围内的分配比例进行支座截面的配筋，应按实际计算结果进行配筋。
城市地下综合管廊一般跨径比较小，配筋计算中一般为正常使用极限状态下的裂缝控制配筋，又因综合管廊的底板、壁板及顶板一般不配置弯起钢筋，为了满足斜截面的受剪承载力的要求，所以其底板、壁板及顶板一般较厚，变形问题并不突出。
4 结论及建议
通过对城市地下综合管廊交叉节点进行有限元分析计算，得到如下结论：
（1）城市地下综合管廊交叉节点中不能落地管廊壁板的应力分布图揭示了不落地管廊壁板的受力性质为深梁，应按深梁进行结构设计。
（2）结构设计中不能落地的管廊壁板支座处截面纵向受拉钢筋在不同高度范围内的分配比例应按实际计算结果进行配筋，不能简单的按跨高比进行配筋。
（3）城市地下综合管廊一般跨径较小，整体性较好，管廊的底板、壁板及顶板因截面需满足抗剪、按裂缝控制配筋等因素，一般较厚，所以管廊交叉节点的变形问题并不突出。
（4）城市地下综合管廊交叉节点中不能落地的管廊壁板在支座处有应力集中现象，结构设计中需要局部采取设暗柱等加强措施。
参考文献：
[1]城市综合管廊工程技术规范（GB50838-2015）[S].北京：中国计划出版社，2015.
[2]王恒栋，薛伟辰.综合管廊工程理论与实践[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.
[3]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）（2015年版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.
基金项目：陕西省教育厅专项科学研究计划项目（17JK1104）
作者简介：邸海燕（1984-），女，安徽亳州人，工学硕士，讲师，主要从事土力学与地下工程教学与研究。
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