顶管井井壁内力的速算法

发布时间：2022-10-05 10:02 热度：

　　摘要：本文通过分析比较三种计算模型计算结果的关系，得到逆作法顶管井井壁内力可用连续梁来近似快速计算的方法，并给出设计所需的标准值与计算值的换算工式。从而简化了设计，提高了设计工作的效率。

　　关键词：速算法;顶管井;

　　1分析的意义

　　矩型顶管工程井的施工，很多采用逆作法。该法施工的井壁内力计算，可取同一深度的一环井壁计算，其作用荷载为周围土体的土压力Q，见图1。

　　图1一环井壁计算图示

　　在设计中，要计算图1中结构，一种途径是用结构力学知识手算或有限元软件计算，另一种途径是翻手册查表得到。两种方法都比较精确，但却不方便。特别是在长、宽、高都变化的多个井都需计算的时候。寻求便捷的近似计算法来满足日常设计需要就很有必要了。

　　以下对三种计算模型进行分析和比较。

　　2计算模型的建立

　　模型一：精确模型。其计算图示如图2所示，其实质为图1的一半。

　　图2精确模型

　　模型二：单跨梁模型。一环井壁的长边较短边不利，计算出长边，就可近似对结构配筋。

　　图3单跨梁模型

　　模型三：连续梁模型。同样是抓住长边较为不利的特点，同时考虑短边的影响，得到模型三。

　　图4连续梁模型

　　3计算结果及分析

　　计算得到弯矩图如图5所示：

　　图5计算结果——弯矩图

　　从图中可以看出：

　　(1) 长边跨中弯矩，精确模型的最大，单跨模型最小，连续梁模型居中;支座(就是转角)处，精确模型的最小，单跨模型最大，连续梁模型居中。其比例关系为：

　　M跨中1：M跨中2：M跨中3=1：0.67：0.82

　　M转角1：M转角2：M转角3=1：1.33：1.18

　　(2) 从精确模型可看出：短边跨中与支座(即转角处)弯矩同号。

　　从结果可看到，用连续梁模型来计算，误差在18%，设计时稍作处理，就可满足工程要求。

　　4井平面尺寸对计算的影响

　　由以上计算，我们可得出一环井的弯矩分布图并指导设计配筋。但是对于不同平面尺寸的井，是否也可采用此数值?如果能得出一个变化的规律，则可直接指导不同平面尺寸井的壁板配筋，而无需另行建立有限元模型来计算了，这将大大方便设计。

　　顺着这个思路，以下对不同尺寸的板分别建立有限元模型，计算其弯矩。模型建立方法与荷载取值同上。计算结果列于表1。

　　表1计算结果及分析表

　　序号 L(单位：米) B(单位：米) B/L 模型 跨中比值 转角处比值

　　1 6.5 3.2 0.49 精确模型 1 1

　　连续梁模型 0.81 1.19

　　2 6.5 3.4 0.52 精确模型 1 1

　　连续梁模型 0.82 1.18

　　3 6.5 3.6 0.55 精确模型 1 1

　　连续梁模型 0.82 1.17

　　4 6.5 3.8 0.58 精确模型 1 1

　　连续梁模型 0.84 1.16

　　5 6.5 4.0 0.62 精确模型 1 1

　　连续梁模型 0.85 1.14

　　从表中可以看出：

　　(1) 井平面尺寸越接近方形，连续梁的模拟近似程度越高;

　　(2) B/L的数值在表中的范围内，跨中和转角处的比值变化不大;

　　6结论

　　在实际顶管工程中，常用的井平面尺寸均在表1列出的范围内，设计中用连续梁替代平面框架进行近似计算是可行的，方便的。实际应用中，井壁用于配筋的弯矩的标准值，可由连续梁的计算结果通过如下换算得到：

　　M跨中标准值=1.24M跨中连续梁计算值

　　M转角标准值=0.88M转角连续梁计算值

　　参考文献：

　　[1]ANSYS公司北京办事处.ANSYS热