梁间接缝轨道交通论文

摘要：自收缩是铁路高性能混凝土早期开裂的主要原因。本文研究了水灰比不同、取代粉煤灰率、养护条件不同对高性能铁路粘结强度、收缩能力和抗裂性的影响。本文试验研究钢筋混凝土性能及裂缝的产生机理。今天小编为大家精心挑选了关于《梁间接缝轨道交通论文 (精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

梁间接缝轨道交通论文 篇1：

深基坑工程防水堵漏施工技术浅谈

摘要：广州市轨道交通二、八线延长线拆解线土建工程【施工7标】的工程范围为洛溪站、南浦站，工程造价约2.3亿;洛溪站、南浦站均为明挖顺做法地下轨道交通车站，其中洛溪站开挖深度约24.2m，顶板覆土厚度约3.0m。

关键词：深基坑，防水堵漏，施工技术

一、工程概况

洛溪站位于广州洛溪新城的新浦路与北环路交叉口南侧的新浦路下，南临南浦大桥，车站两侧建筑物密集，周边有成熟的住宅小区(如吉祥花园、彩虹花园)，人流众多，商业较发达;洛溪站四围由珠江和珠江支流环绕，地下水位较高。车站起点里程为YDK7+459.1，终点里程为YDK7+622.9，车站有效中心里程为YDK7+541.0;为地下四层钢筋混凝土框架结构，车站总长163.8 m，车站结构总高约19.2 m，标准段外包总宽17.5米，基坑开挖深度约24.2 m，车站主体建筑面积10245㎡，总建筑面积11715.77㎡。车站顶板覆土厚度约3.0 m，属浅埋地铁车站。

二、工程地质和水文条件

1、工程地质

地质情况由上而下为：<1>人工填土层：主要由粘性土组成，层厚为2～3m; <2-1A>淤泥质土：不均匀含10～30%粉细砂，层厚为0～1m; <2-1B>淤泥质土：多夹薄层粉细砂，层厚为0～3.2m; <2-2>淤泥质粉细砂层：以粉砂、细砂为主，层厚为0～4.5m; <3-1>细砂层：主在成分为石英质，不均匀含10～20%粘性土，层厚为0～5.5m;<3-2>中粗砂：主要成分石英质，不均匀含5～15%粘性土，层厚0～5.5m;<4-1>粉质粘土：不均匀含少量砂，干强度及韧性中等，层厚0～1.3m; <5-2>硬塑粉质粘土：遇水易软化、崩解，干强度及韧性中等，层厚0～3m;<6>红层全风化带：主要为泥质粉砂岩，岩石组织结构已基本破坏，遇水易软化、崩解，层厚0～9.7m;<7>红层岩石强风化带：主要为泥质粉砂岩，岩石组织结构已大部分破坏，遇水易软化、崩解，层厚0～2.7m;<8>红层岩石中风化带：主要为泥质粉砂岩，岩石组织结构部分破坏，层厚1.4～9.1m、<9>红层岩石微风化带：主要为泥质粉砂岩及细砂岩，分布在深度22.9m以下。

2、工程水文条件

洛溪站周边水文环境为珠江和珠江支流，且地质砂层较厚，最深达18m左右，地下水位较高约2m以下。工程地下水按赋存方式分为第四系松散层和全风化带中的孔隙水、强～中风化基岩裂隙水。基岩裂隙水主要赋存于强、中风化带的基岩裂隙中，属承压水类型，微风化岩节理裂隙发育程度一般，视为不透水层。通过抽水取样试验，地下水对钢筋无腐蚀性。

三、施工技术重点、难点

洛溪站结构防水设计遵循“以防为主、刚柔相济、多道设防、因地制宜、综合制宜、综合治理”的原则，采取砼结构自防水为主，附加全外包柔性防水为辅的防水措施。防水设计主要有：水泥搅拌桩(连续墙外侧) 1.2m厚防水砼地下连续墙 1.5mm厚PVC防水板(底板、侧墙) 钢筋砼结构自防水 或2.5mm厚双组份优质高强环保聚氨酯防水涂料(顶板)。

防水施工中存在一定的难度有：①、水泥搅拌桩在较厚沙层中的成桩效果较差;②、地下连续墙间接缝紧密性、不错台和水下砼灌注的密实性均很难确保;③、外包防水侧墙的PVC防水板和顶板的双组份优质高强环保聚氨酯防水涂料收口处的封闭密实性很难保证、PVC板防水材料在钢筋焊接和砼灌注的破坏是不可避免的;④、穿墙管、施工缝和沉降缝防水易受砼浇筑破坏。

结构渗水的主要原因：①、施工原因：地下隐蔽工程的施工质量一般很难100%的控制到位;结构混凝土振捣不密实、防水板、止水条、止水带铺设、安装不符合要求或混凝土养护不到位。②、结构自身原因：主体分块施工的施工缝，附属与主体间的沉降缝，穿墙管、降水井的止水带安装等。

四、外包防水工程施工和注意事项

1、主要外包防水材料：PVC防水板、优质高强环保聚氨酯防水涂料、自粘改性沥青防水卷料、土工布、止水带及止水环等。

2、底板和侧墙防水施工

1)、底板防水施工工序：150mm厚C15砼垫层压光 基面清理(检查、处理、验收)土工布(主体结构非反梁位置不需设置土工布)PVC防水板(搭接口热熔焊接) 检查验收50mm厚C15细石砼保护层。

2)、侧墙防水施工工序：基面处理(检查、处理、验收) 土工布PVC板材热熔点焊PVC防水板(搭接口热熔焊接)检查验收。

3)、底板或侧墙防水施工方法：对于基面不平整的底板垫层或连续墙表面需人工进行处理，处理完成后经验收合格后才能进行防水层的施工。防水层施工过程中，首先将土工布缓冲层环向空铺在经验收合格的基层上，搭接宽度不小于50mm，底板的搭接部位用带射钉和金属垫圈的热性圆垫圈固定，侧墙用射钉和PVC垫片将土工布固定在基面上，每幅防水板布置于2排垫片，间距为800mm且距防水板边缘400mm;预铺剪裁PVC板，尽量减少纵、横向防水板的接缝，防水板施工过程中尽量保持防水板有一定的松弛度，防水板接缝采用自动爬行双焊缝将防水板接口部位焊接密实，单条焊缝的有效搭接宽度不应小于10mm，焊缝应焊结牢固、密封严密、不得有皱折和鼓泡等缺陷;防水板搭接缝焊接完成后需进行充气检测，其标准为焊缝充气压力达到设计值后，15分钟内充气压力损失量不得大于15%。

五、结构漏水堵漏

1)、结构渗漏分围护结构渗漏和主体结构渗漏：①、围护结构渗漏的主要原因：地下连续墙砼灌注不密实，地下连续墙间接缝紧实、错台、接缝间泥泡和杂物清理不干净等。②、主体结构渗漏的主要原因：防水砼浇筑振捣不密实、施工缝处理不当、沉降缝施工不符合要求和细部位置处理不到位等原因。

2)、滲漏堵漏原则：①、针对漏水点的漏水的实际情况采用注浆堵漏和封槽、封面防水相结合、刚柔相结合、因地制宜、综合治理。②、堵漏过程中不宜破坏砼结构，特别不得大面凿除砼、深槽及凿至裸露钢筋。③、堵漏的方式为：先排后堵、大漏变小漏、线漏变点漏、片漏变孔漏;使大面积渗漏水汇集一点or几点，最后集中封堵。④、堵漏的顺序为：先堵小漏后堵大漏;先高后低;先顶板、再墙体，后顶板。

3)、堵漏所需主要材料：42.5R普硅水泥、中砂、Φ10～30mm胶管、水玻璃、麻绒、2mm厚铁板、水溶性聚氨酯及EAA环氧树酯等。

4)、围护结构堵漏施工

①、堵漏主要工序为：凿槽 清洗埋管敷设水泥砂浆 注水泥浆。

②、施工方法：沿着结构渗漏点线路凿深3～5cm、宽5～10cm 的“v”形槽，并确保凿出砼面为新鲜砼面;“V”形槽凿成后用清水将缝内的泥渣和松散的砼碎块清理干净，在清理干净的“V”形槽内埋设置2条Φ10～30mm胶管，1条胶管从“V”形槽上部引出，用于灌浆时排气与排浆，保证灌浆饱满，另1条从“V”形槽下部出作为灌浆工作管，将从“V”形槽下部引出胶管，以便结构渗水能从胶管全部引出，并用麻绒将埋设的上下胶管塞紧塞牢。现场按水泥用量的5%掺入水玻璃、高标号的水泥及细砂等一起搅拌，将搅拌均匀的水泥砂浆迅速敷设在“V”形槽的胶管上，并敷平结构面，渗漏水集中从引水管引出。

对于结构渗水宽度≥20mm以上或渗水量较大的位置，在凿好“V”形槽后，在槽面用Φ8以上钢筋将钢板与结构钢筋焊接牢固，堵漏施工方法同上。

作者：王强

梁间接缝轨道交通论文 篇2：

铁路混凝土施工期性能形成及裂缝形成机理试验研究

摘要：自收缩是铁路高性能混凝土早期开裂的主要原因。本文研究了水灰比不同、取代粉煤灰率、养护条件不同对高性能铁路粘结强度、收缩能力和抗裂性的影响。本文试验研究钢筋混凝土性能及裂缝的产生机理。

关键词：水灰比;养护条件;抗裂性能

混凝土水泥是有生命的，施工阶段十分脆弱，选择如果不当，施工养护不足，对混凝土施工阶段的性能有重大影响。裂缝可以从原因分为结构和非结构性，约占非结构性裂缝的90%。混凝土裂缝可以根据其产生的时间分为施工期和使用裂缝。大部分裂缝发生在施工期间。大约80%的建筑裂缝非载荷裂缝是由收缩强调、不均匀变形等引起。

一、铁路工程施工中混凝土裂缝的概况分析

混凝土裂缝是一个长期存在的技术问题，限制了工程的安全性和寿命。因此，业界也认为裂缝是一种顽固性混凝土病害，据说它可能是铁路工程耐久性的第一个“杀手”。硬化混凝土非常紧密，但有轻微裂缝，如粘结面的骨料与水泥的裂缝，骨料之间的裂缝等。裂缝应力有限，裂缝对总体积影响较小，压力为混凝土荷载的30%;当混凝土最大抗压强度超过的70%时，裂缝很可能会明显延伸到连接形成网状，从而对结构造成损害和损坏。混凝土裂缝在时间划分后分为施工中与使用中裂缝。

二、铁路工程施工中混凝土裂缝的应对措施

1.收缩裂缝修补法应用。裂缝修补的应用要求首先选用优质材料，特别是水泥。铁路工程施工中的水泥材料是按专业配方生产的，可靠资质供应源头的选择，其次是科学选择施工现场的时间、施工优化方法、控制浇筑、振捣、抹面等。修补法更容易，适用于许多精细的裂缝。对于不影响项目承载能力的小收缩裂缝，可以平衡裂缝面上的填充材料。

2.碱性骨料反应裂缝应对配比合理与养护。调整混凝土性能是配比合理实现，防止碱性骨料反应产生裂缝。施工前要小心，施工中的材料要保持施工中控制材料的碱含量，使用非碱活性集料。在实践中，当水泥的一部分被粉煤灰取代时，抗裂性能会提高。当选用粗细集料时，精确控制细集料含泥量：

。为了减少裂缝的产生，在选择水时要特别小心，既要确定pH值和水灰比，又要准确把握水的使用情况。基本碱性骨料过滤通过有机配比活性混合与非活性碱性基材，更好地控制混凝土构造环境中的水分。铁路施工时，混凝土作业应有足够数量的碱性骨料，准确控制其碱性部分的使用。铁路施工中混凝土的碱大部分来自水泥和添加剂，为了减少碱用量，施工方尽可能地使用国家标准的低碱液向材料中添加抑制碱液的其他物质。在工业技术发展，现在市场上也有化学成分可以在一定程度上替代了混凝土中的碱性材料，并且导致碱性骨料反应中的减少裂缝。只要有合理配比混凝土就能自干燥，早期维修也能减少碱骨料的化学反应，防止裂缝的产生，提高抗逆性。注意湿度控制和湿度控制。灌浆法对温度裂缝做出反应。在铁路施工中，由温度引起的裂缝主要发生在表面。可能对整个铁路的混凝土结构产生重大不利影响。裂缝的存在将水分和污染物从外部引入混凝土内部，为了减少温度裂缝灌浆法来解决该问题，首先施工作业必须尽量减少水泥的使用，同时避免混合不属于同一种类

3.和批次的原材料。在添加外加剂来控制温度波动时，请不要因未知类别而意外添加。灌浆法用压送设备将补缝浆液注入裂缝中，以填补裂缝。这种方法虽然比较传统，但却是最佳的。具体来说，填缝修复使用压浆泵通过粘结剂进入填缝间隙。失水凝结慢慢硬化，混凝土在整个开裂中重新出现完整结构。轨道中混凝土灌浆法设计采用化学和水泥两种方法，使用0.5mm之间的化学灌浆法，混凝土裂缝大于0.5mm水泥式灌浆法适用。

4.结构加固法对荷载裂缝作出反应，其原因是裂縫会影响混凝土施工的防水、耐久和承载力，并可能影响整体外观。特别是在铁路项目中，混凝土结构中的裂缝可能会出现，如铁路桥梁、轨枕等。严重影响轨道交通安全。对于这些深部荷载裂缝，在应用结构加固方法时，可根据需要应用下列间接加固方法：大截面、置换混凝土、粘贴钢板、粘贴纤维、绕丝法、预应力、增加支承等间接加固的方法。应对灵活恢复裂缝构件较高的承载力，提高初始混凝土强度。例如，可以用以下操作来实现：将钢筋笼骨混凝土构件固定在混凝土砖上，以提高混凝土强度和力度，从而显着提高较大混凝土筋的结构稳定性。

三、试验

1.原料。水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为I级，外加剂为聚羧酸高性能减水剂。

2.混凝土收缩试验方法。收缩是体积收缩的化学现象，混凝土的收缩变形有硬化收缩变形、冷缩变形、干缩变形，主要与原料的特性、配合、维护方法等有关。相关收缩不均匀可能导致产品和部件中的应力、裂缝，并影响混凝土的质量和寿命。本试验对普通混凝土梁(GB/T50082)进行了长期试验，并进行了耐久性性能试验。(1)收缩率(表1)不同水灰比。

配合比按照上述比例在标准养护条件下(20℃±2℃，湿度95%或以上)养护，测量其强度3、28天，收缩率1、3天，如表2所示。

由标准混合料和混合料与以往湿度相结合保护，其中存在一组自然养护露天进行。分析数据表2显示，在正常养护期间28天内，高性能三个水灰比混凝土构件的强度符合设计要求，并随着水灰比的增加而逐渐减小。同时，高性能铁路混凝土的早期自收缩随着水灰比的降低而增加。这是因为水灰比下降，混凝土总用水量下降，铁路的高性能加速了混凝土的自干燥，减少了混凝土中的孔隙细化，导致混凝土中产生增加毛细管张力，从而使混凝土在受约束时更容易产生收缩量，从而导致混凝土收缩应力增加，并导致早期微裂缝。三个粉煤灰取代率取代率混凝土作业满足了正常养护条件下28d的高强度设计要求。强度随着粉煤灰换率的提高而逐渐下降。(3)水灰比不同，取代率粉煤灰，养护下抗裂性能。不同水灰比的抗裂性是根据表1所示的，配合比在正常养护条件下保持不变(20℃±2℃，湿度增加95%)。在不同养护条件下的抗裂性。密封性养护：在初始混凝土施工前，将塑料薄膜复盖在表面，以减少高性能混凝土的过早散失水分。早期湿度：当混凝土最终凝固时，会在混凝土上方放置湿布，从而降低高性能混凝土内外的湿度。自然养护：试验段直接置于自然条件下，不采取进一步措施，即自然养护。

本文研究了水灰比、粉煤灰掺量、养护条件对铁路中混凝土形成裂缝的影响，结论是早期自收缩随着降低水灰比而增大，从而提高了抗裂性能力。粉煤灰掺量随着的增加而下降早期自收缩是显而易见，特别是在降低早期自收缩方面，抗裂能力通过粉煤灰取代部分水泥来提高。28%的取代率粉煤灰比20%的低得多。抑制不同收缩条件下，铁路高性能混凝土自干燥自收缩容易，养护良好可以自收缩部分抑制，防止裂缝的早期形成，提高抗裂能力。

参考文献

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[2]李刚.沥青路面裂缝产生的原因及防治措施[J].中小企业管理与科技(上旬刊)，2019，(02

[3]吴安.铁路钢筋混凝土桥梁裂缝的危害、成因与防治[J].科技资讯，2019，(04).

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[5]秦峰.砌体工程裂缝的成因及其防治浅谈[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，2020，(10)

[6]刘力.混凝土网格式框架在水平荷载作用下抗侧刚度的计算分析[J].砖瓦，2020(08)：62-63.

[7]陈梅.论混凝土配合比及原材料的质量控制[J].砖 瓦，2020(08)：64+66.

作者：刘凯

梁间接缝轨道交通论文 篇3：

基于梁-弹簧模型的预制式叠合管廊结构分析

摘 要：為了解决预制拼装叠合管廊在结构施工过程中，侧墙和结构板连接点处的钢筋无法保证锚固长度的问题，提出了以梁-弹簧模型为基础的结构裂缝模拟旋转刚度分析方法。首先建立了以梁-弹簧模型为基础的结构分析体系，将结构连接点位置模拟为弹簧，并根据结构裂缝推算旋转刚度。其次，通过对比梁-弹簧模型和等刚度模型的计算结果，讨论了基于梁-弹簧模型的结构分析体系对预制拼装管廊结构计算的适用性。结果表明，结构裂缝模拟旋转刚度分析方法能够保证侧墙和结构板连接点处钢筋的锚固长度，有效反映了预制结构局部位置的弱化现象，梁-弹簧模型具有更好的适用性。研究结果丰富了预制拼装叠合管廊的计算方案，可为不等刚度的预制拼装结构设计提供参考。

关键词：地下工程;预制式叠合管廊;梁-弹簧模型;有限元计算;结构裂缝

doi： 10.7535/hbgykj.2020yx05008

收稿日期：2020-04-13;修回日期：2020-08-15;责任编辑：张军

基金项目：浙江省重点研发计划项目(2019C03111);浙江省基础公益研究计划项目(LGG18E080003)

作者简介：沈霄云(1982—)，男，浙江舟山人，高级工程师，硕士，主要从事轨道交通工程设计方面的研究。

E-mail： shen_xy2@ecidi.com

沈霄云.

基于梁-弹簧模型的预制式叠合管廊结构分析

[J].河北工业科技，2020，37(5)：352-358.

SHEN Xiaoyun.

Structural analysis of prefabricated laminated utility tunnel based on beam-spring model

[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology，2020，37(5)：352-358.

Structural analysis of prefabricated laminated utility

tunnel based on beam-spring model

SHEN Xiaoyun1，2

(1.Power China Huadong Engineering Corporation Limited， Hangzhou， Zhejiang 311122， China; 2.Zhejiang Engineering Research Center of Smart Rail Transportation， Hangzhou， Zhejiang 311225， China)

underground engineering; prefabricated laminated utility tunnel; beam-spring model; finite element calculation; structural crack

市政综合管廊工程主要采取现场浇筑和整体预制拼装2种方式。传统现浇管廊需要所有工序均在现场完成，生产过程对熟练工种的依赖性高，工作量大，效率低，周期长，存在一定的安全隐患，并且结构质量难以控制，工程进度难以掌握[1-4]。近年来，为提高工效，国家大力推行预制、现场装配的标准化建造方式，整体预制拼装式管廊的应用逐渐增多[5-7]。随着施工技术的发展，出现了混凝土叠合结构的管廊，与传统的整体式拼装管廊相比，这种预制拼装式叠合管廊采用了分块安装整体浇筑的理念，将结构墙体和底板分成2部分，如图1所示。一部分结构采用预制，钢筋预埋，在施工中承担模板的作用，减少了模板架设的工作量;另一部分为现浇结构，采用叠合结构原理，同预制部分共同受力，通过混凝土整体浇筑预埋防水钢板，有效解决了预制结构接缝位置的防水问题[8-10]。相对于整体拼装式管廊，预制叠合管廊采用标准化模板进行工厂化施工，所用预制分块更小，方便长距离运输，同时环缝和纵缝等防水节点采用现浇手段，防水效果好[11-13]。

预制叠合管廊虽然采用部分现浇工艺，解决了整体受力问题，但是实际施工中，因尚存在部分结构预制，

且钢筋断点均为结构角点位置，故难以实现现浇结构中常用的钢筋互锚技术，如图2所示。

钟远志[14]总结了当前综合管廊主体结构设计的2种主要计算模式：分解构件计算和有限元计算。因构件计算时支座一般采用固接或铰接，无法考虑端部节点-抗弯刚度影响，故分解构件计算方法的结果有一定偏差，而有限元计算避免了上述不足，成为了现浇管廊主流的计算方法。由于预制装配式管廊与整体现浇结构在接头抗弯刚度上存在差异，在有限元计算框架下，目前预制装配式管廊在设计时需要采用修正惯用法(等刚度折减方法)进行计算，如采用完全等同于现浇结构的计算，其结果在节点位置存在不合理性。寇有振[15]采用修正惯用法推导了接头处抗弯刚度-折减系数的计算公式。盾构管片结构设计时常用的修正惯用法、梁-弹簧法、弹性铰法计算模型对预制拼装管廊的适用性值得进一步探讨。蒋道东等[16]依托成都市蜀龙五期马蹄形预制拼装综合管廊工程，分别采用上述3种方法进行结构对比计算，研究发现应用梁-弹簧法计算的弯矩值更为准确，建议在设计时采用梁-弹簧法与修正惯用法的包络结果。本研究通过引入梁-弹簧法计算模型，将连接点位置模拟为弹簧，通过考虑弹簧刚度的轴向、切向和转动效应，研究该模型对预制拼装叠合管廊结构的计算适用性。

1梁-弹簧法计算模型

梁-弹簧法是在盾构管片设计中提出的一种采用弹簧连接环的方法，它将管片主截面简化为曲线梁或直线梁，管片接头模型化为与弯矩相对应的旋转弹簧，环间接头模型化为剪切弹簧，相较于修正惯用法而言，是一种可以评价接头抗弯刚度降低效应的计算方法，计算结果更为准确，如图3所示。

依据作用在管片接头处的弯矩M与转角θ，定义旋转彈簧系数为

kθ=M/θ=[x(3h-2x)bEc]/24 ，(1)

式中：kθ为旋转弹簧系数，N·m;M为弯矩，N·m;θ为转角;x为由受压外边缘到中和轴的距离，m;h为管片高度，m;b为管片宽度，m;Ec为混凝土的弹性系数，N/m2。

将半径方向上的剪切力记为Qsr，环间接头半径方向上的相对位移记为δsr，则半径方向的剪切弹簧系数ksr为

ksr=Qsr/δsr=192EI/(2b)3 ，(2)

式中：ksr为半径方向剪切弹簧系数，N/m;EI为平板型管片隧道轴方向的抗弯刚度，N·m2。

将切线方向上的剪切力记为Qst，管片切线方向上的相对位移记为δst，则切线方向的剪切弹簧系数kst可以定义为

kst=Qst/δst=(LjhE)/[b(1+ν)] ， (3)

式中：kst为切线方向剪切弹簧系数，N/m;E为管片弹性模量，N/m2;ν为管片泊松比;Lj为轴方向接头间隔，m。

目前还没有建立剪切弹簧系数的解析方法，多通过试验或凭经验确定。该计算模型在盾构管片上得到了较好的应用。盾构管片与预制拼装式叠合管廊存在共同点，均采用工厂化的预制，将标准断面结构划分为几个标准块，区别在于盾构管片节点连接位置采用螺栓连接，而预制叠合式的管廊在节点位置采用混凝土现浇工艺。由于节点位置处的结构受力容易产生应力集中，因此，相对而言，采用预制叠合连接能承担更大的荷载。

预制叠合管廊横向连接采用U型钢筋连接(见图2)，钢筋锚固长度不足，钢筋抗拉承载力无法达到规范要求，因此，可以考虑采用具备一定刚度的旋转弹簧予以替代，横向结构构件之间基本没有剪切错位发生，故剪切弹簧的刚度按照无限大考虑。预制叠合管廊的纵向连接采用成品钢筋笼，如图4所示，结构段间的相对转动受到限制，因地基不均匀沉降会产生一定的剪切错位，所以考虑采用具备一定刚度的剪切弹簧予以替代，旋转弹簧的计算则采用无限大的数值。下面以一个工程实例验证二维条件下梁-弹簧法在预制叠合综合管廊中的适用性。

2结构计算

2.1计算工况介绍

杭州江东大道根据规划要求设置一条综合管廊，长度约为6 km，分为两舱断面和三舱断面。其中，选取一段100 m长的两舱断面段作为预制拼装管廊的试验段。该管廊左侧为缆线、给水舱，右侧为燃气舱，内部尺寸为6.75 m×3.4 m，如图5所示。根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)，杭州地区抗震设防烈度7度，高度小于24 m的框架结构的抗震等级为三级，设计计算中按照三级抗震施加荷载。

拟建沿线场地为人工围垦区，原为钱塘江现代江滩地貌，地貌单元单一，地形较平坦。现状为已建成的江东大道，开挖范围内影响施工的土层主要为素填土、粉土、粉砂等，地质条件较差，渗透性强。

2.2模型取值

使用梁-弹簧模型的难点在于如何选取弹簧刚度。考虑到本结构模型沿纵向基本一致，不存在管片中的错缝拼装现象，因此，可认为纵向不存在相对错动，不予考虑剪切刚度。而横向连接节点位置因为不是整体现浇，节点处的抗弯刚度相对于其他部位存在一定程度的削弱，需要设置具备一定抗弯刚度的旋转弹簧。结构模型如图6所示。

假设锚固要求满足《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010(2015版))关于锚固长度的(见式(1))要求，可认为钢筋强度不折减，而当不满足锚固长度要求时，应按比例降低钢筋强度。

laE=ζafyftd， (4)

式中：laE为受拉钢筋的抗震锚固长度，m;ζa为锚固长度修正系数;fy为锚固钢筋的抗拉强度设计值，N/m2;ft为混凝土轴心受拉强度设计值，N/m2;d为锚固钢筋的直径，m。

考虑到连接节点处于墙顶底结构位置，根据结构抗震要求，总长度为1.5laE。因此，刚度折减为

μ=l15laE， (5)

式中l为实际的锚固长度，m。

考虑到结构受到弯矩后，钢筋锚固长度不足，导致裂缝增大，因此，采用增加的裂缝宽度同结构厚度的比值作为单位转角来计算旋转刚度S。

S=M/(Δl/h)， (6)

Δl=ωmax， (7)

S=0.87h0hAsαcrψ(1.9cs+0.08deqρte)Es， (8)

式中：ωmax=αcrψσsEs(1.9cs+0.08deqρte)

为最大裂缝宽度，m;h为结构厚度，m;αcr为构件受力特征系数;ψ为裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数;σs=M0.87h0As为受拉钢筋应力，N/m2;Es为钢筋弹性模量，N/m2;h0为结构截面的有效高度，m;cs为最外层受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离，m;deq为受拉区纵向钢筋的等效直径，m;pte为受拉钢筋配筋率;As为受拉区纵向钢筋截面面积，m2。

折减后的抗弯刚度S′：

S′=μS=μ0.87h0hAsαcrψ(1.9cs+0.08deqρte)。 (9)

2.3计算模型

本计算模型采用SAP2000V15进行空间有限元计算。

1)本结构前后断面基本一致，可采用平面应变模型理论。沿管廊纵向取1 m，按平面框架结构进行计算，荷载作用于框架构件轴线。

2)预制叠合拼装结构节点位置断开，并采用两点弹簧进行连接，将绕Y轴的旋转刚度调整为式(9)的计算值，其他均按刚接方式。

3)对于覆土3 m、结构厚度500 mm的管廊结构，将梁-弹簧模型与等刚度模型进行对比。

4)为保证计算的合理性，采用不同覆土厚度(2，3，4，5 m)的深度进行验算，按相同3 m覆土不同结构厚度(300，400，500，600 mm)进行梁弹簧模型验算，并研究变化规律。

2.4計算结果

按正常等刚度结构计算，计算结果如图7和图8所示。

按梁-弹簧模型旋转刚度折减计算，计算结果如图9和图10所示。

结合实际工程中综合管廊埋深的不同，在2～5 m的结构覆土下开展参数计算分析，计算结果详见表1和表2。

此外，在标准3 m覆土的工况下，对300～600 mm的结构厚度进行参数计算分析，计算结果详见表3和表4。

根据式(9)，以裂缝作为旋转刚度的计算准则，通过梁-弹簧模型对预制拼装式叠合管廊进行结构计算，得出以下分析结果。

1)刚度折减后的弯矩绝对值变化较小，变化范围仅在10%以内，顶底板基本无变化。结构应力变化基本在2%以内，变化较小。

2)通过对不同覆土及不同结构厚度的参数分析计算，发现采用梁-弹簧模型折减转弯刚度后，对结构影响较小，考虑采用等刚度计算，可控制在安全范围内。

3)本结构参数计算中，需要根据裂缝计算结果来推算旋转弹簧的抗弯刚度，存在一定不准确性。本项目中考虑到锚固长度不足带来的结构抗弯刚度减少，无法用计算准确获得，在计算中需要考虑一定的配筋余量，偏于保守的配筋将导致实际裂缝开展偏小。抗弯刚度难以选取是梁-弹簧模型计算中的难点。

3结语

预制叠合技术在地上结构中已得到广泛使用，通过工厂化设计和施工，采用此结构既能保证土木工程的结构质量，也可以节能减排，这已成为行业的发展趋势，但因结构防水和地下侧向压力较大，目前在地下结构中的推广较为缓慢。本研究以杭州江东大道预制叠合式综合管廊为例，发现常规等刚度计算在类似预制式计算中存在不足，通过引入盾构管片中常用的梁-弹簧模型进行计算，在一定程度上提高了计算准确性。

本文将梁-弹簧模型与等刚度模型进行对比。对采用不同覆土厚度(2，3，4，5 m)的深度进行验算，按相同3 m覆土不同结构厚度(300，400，500，600 mm)进行梁-弹簧模型验算，研究变化规律，得出如下结论。

1)梁-弹簧模型中弹簧刚度选取难度较大，本研究以裂缝张拉理念为基础，推算节点旋转刚度，计算得出结构最大控制弯矩增加10%，说明锚固不足的问题确实存在。在实际设计中，通过适当加大钢筋量、减少裂缝、加大结构余量的做法，能在一定程度上解决该问题。

2)本研究假定板结构不发生翘曲，仅考虑结构裂缝因素，故计算的旋转刚度偏小。

3)通过对不同覆土及不同结构厚度的参数分析计算，发现采用梁-弹簧模型折减转弯刚度后，对结构影响有限，等刚度计算的结构虽然较为保守，但仍可作为安全可控的一种设计计算方法。

利用梁-弹簧模型对预制结构局部位置弱化进行了模拟，该模型比等刚度折减的结构模型有更好的适应性。但在目前设计计算中，旋转刚度参数的选取仍存在一定难度。今后应进一步开展工程结构试验，对预制叠合管廊节点旋转刚度的合理取值进行研究，替代传统的等刚度计算方法。

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作者：沈霄云