河道中停車平臺建設對河底供水管道的影響性分析

吳金德

(新賓滿族自治縣水務局， 遼寧 撫順　113200)

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河道中停車平臺建設對河底供水管道的影響性分析

吳金德

(新賓滿族自治縣水務局， 遼寧 撫順113200)

本文利用有限元軟件，對沈陽市南運河河道底部的供水管道及周邊結構進行了三維仿真模擬，針對河道左岸停車平臺的建設對管道受力及位移情況的影響進行了研究分析。結果表明：河道左岸停車平臺的建設會導致河底管道沉降增大21.5mm，管道的大主應力達到927.47kPa，屬于小變形、小應力的狀態(tài)。因此，對河底供水管道的受力情況影響較小。

管道； 沉降； 應力； 有限元

1　引　言

伴隨著中國經(jīng)濟及科技水平的提高，工程建設也得到了長足的發(fā)展。尤其在城市建設方面，由于地面空間的局限性，導致很多工程開始向河道中拓展。然而河流作為城市中天然的貫穿網(wǎng)絡，往往在河底布置了諸多供水、排水管網(wǎng)，這些后期工程的建設，勢必會對河底這些現(xiàn)存的結構物產(chǎn)生一定的影響[1-2]。國內外學者針對這一問題開展了大量的研究，證明后期工程所帶來影響的大小與具體的工程結構形式、受力特點、空間位置等因素有密切關系[3-8]。因此，有必要針對具體的工程問題開展有針對性的的研究分析。

2　工程概況

該研究基于沈陽市南運河河道水生態(tài)治理可研項目0+100～0+500標段，項目區(qū)位于穿越沈陽市區(qū)的南運河中部位置，該河流自東向西貫穿整個城區(qū)，在萬泉公園段河道底部2.5m的位置，順著河流流向布置了一條供水管道?，F(xiàn)由于城市規(guī)劃建設的需要，要在河道左岸建設一寬約5m的停車平臺，停車平臺采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構。河道中停車平臺的設計斷面如圖1所示，其中左右岸為河道中已建的漿砌石擋土墻，底部圓管為供水管道，管徑1.8m，管壁厚0.5m，左側框架結構為新建停車平臺，河道底部寬15m，常年水深3m。

圖1　河道典型設計斷面

3　計算模型及邊界條件設置

3.1計算模型

為與原擋土墻結構相吻合，新建停車平臺每隔15m設置一分縫，因此為了計算方便，選取一個長為15m的典型河段進行計算分析，該河段停車平臺的底部每隔3.3m設置了2個800mm×800mm的立柱，共設置5排，所有立柱均支撐在800mm厚的鋼筋混凝土底板上。

由于河底高程變化較小，模擬分析過程中，為了簡化計算，本文假定河底高程保持不變，根據(jù)結構設計圖，采用有限元軟件建立該河段三維計算模型如圖2～圖3所示。

圖2　整體三維模型

圖3　停車平臺框架模型

3.2材料參數(shù)

根據(jù)地質勘測資料，該部分地質情況從上到下大致分為3層，第一層厚約1.5m，第二層厚約7m，第三層厚約1.5m，擋土墻后采用粉質黏土回填?？蚣芙Y構為C30鋼筋混凝土材料，擋土墻為漿砌石材料，河道護底采用格柵石籠型式。數(shù)值計算中，為了能夠得到準確的計算結果，土體材料采用摩爾-庫倫模型，漿砌石、鋼筋混凝土及鋼管材料采用線彈性模型，各種材料的參數(shù)選取如下表所示。

計算主要材料參數(shù)表

3.3邊界條件設置

計算時在模型的周邊需要設置約束及外部荷載等邊界條件，在該模型的四個側面分別施加垂直側面的固定約束，在模型的底部施加豎直方向的固定約束。在正常運用過程中，除了結構本身的自重外，還有水壓力、汽車荷載等外部荷載的作用。因此，根據(jù)實際情況，在框架底板、擋墻臨水側以及護底頂面均定義了靜水壓力；在框架結構的頂部施加10kN/m2的均布活荷載，每個柱的頂部施加280kN的集中荷載，荷載施加情況如圖4所示。

圖4　邊界條件施加情況

計算過程中，充分考慮整個工程的建設過程，分四個步驟進行：第一步計算漿砌石擋土墻建設后管道的受力及位移情況；第二步計算停車平臺施工后管道的受力及位移情況；第三部計算河道過水后管道的受力及位移情況，第四步計算停車平臺投入使用后管道的受力及位移情況。

4　計算結果討論分析

4.1沉降分析

通過數(shù)值計算，可以得到不同階段河道中整體的豎向位移云圖如圖5所示，由圖中數(shù)據(jù)分析可知，在第一階段管道沉降位移為3.7mm，第二階段管道的沉降位移為10.8mm，第三階段管道的沉降位移為20.0mm，第四階段管道的沉降位移為25.2mm。由此可知，管道的沉降位移主要發(fā)生在河道過水及停車平臺投入使用之后，沉降增值為9.2mm。由于河道左右岸的擋土墻為前期河道治理時設計，已經(jīng)施工完成并投入使用數(shù)年，因此在分析后期停車平臺對管道的影響時應扣除第一階段前期擋土墻的影響，所以河道中管道在施工平臺建設運行后增加的沉降值為21.5mm。單從位移角度分析，該段河道中管線總長15m，平均單寬米的沉降值為1.43mm，對整根管道而言屬于小變形情況，即使發(fā)生差異沉降，也不會影響管線的正常運用。

圖5　不同階段管道沉降位移 (單位：m)

4.2應力分析

通過數(shù)值計算，可以得到不同階段河道中管道的大主應力云圖如圖6所示，由圖中數(shù)據(jù)分析可知，在第一階段管道大主應力最大值為47.39kPa，第二階段管道大主應力最大值為143.00kPa，第三階段管道大主應力最大值為547.78kPa，第四階段管道大主應力最大值為927.47kPa。由此可知，管道的大主應力最大值主要發(fā)生在河道過水及停車平臺投入使用之后。在整個工程完成并進入運行情況時，管道的大主應力最大值遠小于鋼材的抗拉強度極值，因此，從應力角度而言，停車平臺的建設對管道應力方面的影響不大。

圖6　不同階段管道大主應力 (單位：kPa)

5　結　論

河道中工程項目的建設，勢必會對河道以及河底的現(xiàn)存結構帶來一定影響。本文以河道底部的供水管道為研究對象，采用三維數(shù)值模擬的方法，針對河道左岸停車平臺的建設對管道受力及位移情況的影響進行了研究分析。結果表明：在河道左岸停車平臺施工完成投入運行后，河底管道沉降增大值為21.5mm，單寬米的沉降量為1.43mm，屬于小變形情況；同時，管道的大主應力最大值為927.47kPa，并未達到鋼材的抗拉強度極限值。因此，河道左岸停車平臺的建設對河底供水管道的受力情況影響較小，建設中無需采取保護性的工程措施。

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Analysis on the influence of parking platform construction in riverway for river bottom water supply pipeline

WU Jinde

(Xinbin Manchu Autonomous County Water Authority, Fushun 113200, China)

In the paper, finite element software is utilized for 3D virtual simulation on water supply pipeline and surrounding structure at the bottom of the Shenyang South Canal. The influence of river left bank parking platform construction on pipeline stress and displacement condition is studied and analyzed. The results show that river bottom pipeline settlement is increased by 21.5mm, the pipeline major stress reaches 927.47kPa due to the construction of river left bank parking platform. It belongs to small deformation and small stress state, thereby the construction has less influence on stress condition of river bottom power supply pipeline.

pipeline; settlement; stress; finite element

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.08.008

TV672

A

1005- 4774(2016)08- 0029- 04