鋼筋混凝土暗涵配筋計算程序的研發(fā)

汪彪 趙靜伊

(中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計院有限公司，四川成都610021)

0 引言

火力發(fā)電廠給、排水系統(tǒng)主要包括循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、補給水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)、污廢水處理系統(tǒng)、灰場排水系統(tǒng)等。由于施工方便，對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力強，鋼筋混凝土暗涵在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)及灰場排水系統(tǒng)中的使用越來越廣泛，其中主要有循環(huán)水溝、取排水溝道、灰場排洪臥管等。由于不同條件下，暗涵的使用環(huán)境區(qū)別很大，因此，混凝土溝道的斷面尺寸差異大，形狀及受力條件復(fù)雜，計算工況多[1]。

1 暗涵設(shè)計概況

對于圓形暗涵，當(dāng)暗涵埋深較深時，會承受土壓力、地面活荷載等外力，同時受到內(nèi)(外)水壓力的影響。由于受力條件好，許多的圓形管道的形式選用內(nèi)圓外城門洞形，火電廠代表的就是灰場的排洪臥管。目前國內(nèi)外常用的城門洞形暗涵計算方法為柏氏變形儀實測內(nèi)力系數(shù)法，柏氏變形儀實測內(nèi)力系數(shù)法最早出現(xiàn)于美國墾務(wù)局編制的DOZ-2574論文中第14號“在單元筒式管道上用柏氏變形儀做應(yīng)力分析”，該論文中說明在三種單筒式管道上用柏氏變形儀推求應(yīng)力，試驗的結(jié)果在14種不同荷載作用下，得出管壁中線上各個位置的彎矩、法向力、剪力等內(nèi)力系數(shù)[2]。使用柏氏變形儀實測出管道在不同荷載作用下，可查得相應(yīng)內(nèi)力系數(shù)，從而得到該點內(nèi)力。對于暗涵基底壓力，軟弱地基和堅硬地基的壓力曲線有較大區(qū)別，故內(nèi)力系數(shù)法的使用需先明確地基條件。

對于矩形暗涵，作為超靜定空間結(jié)構(gòu)，底板、側(cè)壁及頂板相互連接成為一個空間整體，將實際結(jié)構(gòu)分解為平面結(jié)構(gòu)后，矩形暗涵可以簡化為單層剛架結(jié)構(gòu)。依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算實用手冊》(中國建筑工業(yè)出版社)中單層剛架的計算方法[3]，根據(jù)不同的荷載條件，計算出支座和跨中反力和彎矩后，再進(jìn)行配筋計算。

2 程序說明

程序?qū)Π岛謩e采用承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行分析，根據(jù)現(xiàn)行GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(2015年版)，按正截面受彎進(jìn)行配筋設(shè)計，滿足正常使用極限狀態(tài)下裂縫開展寬度的要求[4]。

2.1 荷載及荷載組合

針對暗涵特殊的工作環(huán)境，分為內(nèi)水外空、內(nèi)空外水土工況計算。對于內(nèi)空外水土工況，考慮暗涵所處環(huán)境的積水對荷載的不同影響，將內(nèi)空外水土工況分為考慮地下水作用和不考慮地下水作用的兩種工況。計算的三種工況如下：

工況一，涵內(nèi)無水，不考慮地下水作用。

工況二，涵內(nèi)無水，考慮地下水作用。

工況三，涵內(nèi)有水，不考慮外水土作用。

2.2 地面荷載

地面荷載考慮地面堆載[5]和汽車荷載，二者不同時存在，取二者的大者。地面堆載取10 kN/m2，準(zhǔn)永久值系數(shù)取0.5，汽車荷載根據(jù)實際汽車等級選取。

3 程序應(yīng)用

為驗證程序的計算合理性，利用該程序與已有計算工具進(jìn)行比較，并對計算結(jié)果進(jìn)行對比分析。

3.1 圓形暗涵模塊的應(yīng)用

某電廠灰場鋼筋混凝土排洪臥管，內(nèi)徑1.6 m，壁厚0.4 m。采用圓形暗涵計算模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算，與設(shè)計計算結(jié)果進(jìn)行對比。

3.1.1設(shè)計輸入

圓形暗涵設(shè)計輸入見表1。

表1 圓形暗涵計算參數(shù)表

3.1.2設(shè)計計算結(jié)果

設(shè)計計算的A,B,C處，各工況下彎矩設(shè)計值見表2。

表2 各工況下A,B,C處彎矩設(shè)計值 kN·m

3.1.3程序計算

程序首先根據(jù)計算參數(shù)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)及配筋計算，計算結(jié)果見圖1。

結(jié)果顯示，程序計算內(nèi)、外環(huán)最大彎矩與手算結(jié)果差均為0.163 kN·m，相差為0.11%。

3.2 矩形壓力溝道應(yīng)用

某電廠雨水暗涵埋深較深，擬采用矩形暗涵，凈空尺寸為1 m×1 m。利用程序矩形暗涵模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算，與理正計算結(jié)果進(jìn)行對比。

3.2.1設(shè)計輸入

矩形暗涵設(shè)計輸入見表3。

表3 矩形暗涵計算參數(shù)表

3.2.2理正計算

矩形暗涵利用理正工具箱計算，各工況下彎矩設(shè)計值見圖2。

3.2.3程序計算

程序進(jìn)行了暗涵的結(jié)構(gòu)及配筋計算，滿足裂縫與抗剪切的計算結(jié)果，見圖3。

程序計算與理正工具箱計算各部位最大彎矩差0.342 kN·m，最大相差為0.39%。

4 結(jié)語

利用所研發(fā)的鋼筋混凝土暗涵配筋計算程序?qū)A形和矩形暗涵進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋計算后，結(jié)果表明：

1)程序可自動對圓形及矩形暗涵進(jìn)行內(nèi)力計算，選取最大彎矩進(jìn)行配筋計算，省去了設(shè)計人員彎矩計算和配筋計算的工作量。

2)程序可自動統(tǒng)計工程量，對于矩形暗涵，可同時進(jìn)行暗涵頂板、底板的抗剪切驗算；對于配筋，可顯示當(dāng)前的計算配筋面積，實際配筋面積和裂縫寬度，方便校核。

3)程序計算與設(shè)計人員計算、理正計算彎矩值相比，計算結(jié)果基本一致，最大相差僅為0.39%，表明程序計算結(jié)果合理準(zhǔn)確；程序在保證準(zhǔn)確性的前提下，滿足工程設(shè)計需要，提高了設(shè)計效率。