1、檢查井蓋板結構計算方法2011年第11期11月混凝土與水泥制品chinaconcreteandcementproducts2011nol1november檢查井蓋板結構計算方法曹生龍(北京市市政工程研究院,100037)摘要:針對目前有關地下管道構筑物結構圖冊存在的不足,詳細地介紹了檢查井蓋板結構的計算方法.計算并分析了不同埋設深度,不同方向,不同位置的蓋板內力及最大蓋板撓度,進而合理地確定了蓋板的配筋情況,并列出了目前工程常用規格品種的配筋表.關鍵詞:檢查井蓋板;計算方法;內力;撓度;配筋abstract:accordingtosomepresentdefectsinstructureatl

2、asoftheundergroundpipestructures,calculationmethodsofmanholecoverplatesareintroducedindetail.meanwhile,internalforeesofthecoverplateswithdifferentembeddingdepths,directions,locationsandthemaximumdeflectionofcoverplatesarecalculatedandanalyzed.andthenthereinforcementofmanholecoverplatesisreasonablede

3、termined,andthereinforcementtableswithusualvarietiesincurrentprojectsarelisted.keywor:manholecoverplates;calculationmethod;internalforces;deftection;reinforcement中圖分類號:tu528文獻標識碼:a文章編號:10004637(2011)11-23090前言檢查井是地下市政公用管道必備的構筑物,隨著我國城市化進程加快,每年用量不斷增大,檢查井及其配套的蓋板結構計算已引起人門的重視.現在常用的地下管道構筑物結構圖冊大多是在上世紀90年代前

4、編著的,普遍存在如埋設深度不分級,埋設深度不夠,缺少大直徑蓋板配筋圖等不足,不能完全適應當前工程的要求.本文針對存在的問題,向水泥制品企業工程技術人員介紹檢查井蓋板的結構計算方法,并列出目前工程常用的品種規格配筋表.1檢查井開孔蓋板計算簡圖圖1為常見檢查井開孔蓋板的安裝圖.圖1檢查井開孔蓋板安裝圖如圖1所示,開孔蓋板安裝于井室上,上面有井筒,調整塊,井圈,井蓋等部件.對蓋板的作用主要有地面車輛荷載,蓋板上部的檢查井部件重量之和及豎向土壓力.地面荷載以車輛直壓于井蓋上對蓋板的作用力最大,車輪荷載及檢查井重量作用于蓋板圓孔周邊.蓋板上均布有回填土,板面上的均布荷載為回填土豎向作用土壓力,其作用大小

5、與埋設深度相關.圖2為蓋板結構計算轉化圖.檢查井開孔蓋板上井孔一般位于蓋板邊緣,如圖2(a)所示,孑l邊下與井室內壁,上與井筒內壁相連成一直線,以便于安裝上下的踏步.為了簡化計算,蓋板孔的位置移至板中心,如圖2(b)所示.(b)圖2蓋板結構計算轉化圖圖3是蓋板的計算簡圖,開孔蓋板按周邊鉸支一232011年第11期混凝土與水泥制品總第187期開孔圓板計算,板上荷載分別是孔邊分布荷載和板上均布荷載,可分解為圖4,圖5兩種作用荷載,分別計算受力后疊加為板上的內力和.iiiiiii1di;,/-:1_dz圖3蓋板計算簡圖plpi1?1【.i.一.?;.;dz圖4孑l洞周邊分布力作用計算簡圖pp1jii

6、ii一ir,.?cr一d一圖5板面均布荷載作用計算簡圖為蓋板孔洞直徑;f為蓋板厚度.2內力計算公式環形板的計算公式是根據彈性薄板小撓度理論推導的.檢查井蓋板上作用力由板面上均布荷載和孔洞周邊分布荷載組合而成,計算時分別計算孑l周邊分布荷載和蓋板上均布荷載受力后疊加為內力和.2.1孔洞周邊分布荷載彎矩公式孔洞周邊分布荷載彎矩公式和撓度公式如下:mr=等+tz【(1-/3:)p:lj【j=等c【一等一lnp】prr/(一l1們+1r$,(1)(1)式中,為徑向彎矩;為切向彎矩;f為撓度泓為鋼筋混凝土的泊桑系數,為1/6;為孔周邊環形分布荷載;b為剛度.j9k-盧/-式中,為圓形蓋板支承點半徑;r為

7、圓形蓋板孔半徑;為計算點距蓋板圓心距離.正負號規定:彎矩一使截面上部受壓,下部受拉者為正;撓度一向下變位者為正.2.2板面上均布荷載作用彎矩公式圖中,為蓋板開孔處圓周分布荷載;為作板面上均布荷載作用彎矩公式和撓度公式用于蓋板上的均布荷載;dz為蓋板支承點直徑;dk如下:=(c3c.3+4c-c?一+4c-=f2(1訓-c斗c囂?1(1+c),:pskr4j64bc(3)(3)+4(1)()一(1_p)一1ljj等c?3配筋計算檢查井開孔蓋板應按周邊支承圓形板類構件一24一進行配筋計算.不同位置的內力不等.切向彎矩是蓋板配筋控制內力,其值在圓孔邊緣彎矩最大,至曹生龍檢查井蓋板結構計算方法支承周邊

8、逐漸減小.為節約鋼筋用量,非均等彎矩作用構件的配筋,不宜按最大彎矩計算配筋量均配在構件斷面上,應劃分區域,以每個區域的平均彎矩值分別計算各區域配筋量,并按此給開孔蓋板配筋.圖6中左邊為實際蓋板彎矩分布圖,右邊為便于配筋計算將蓋板轉化為區域及各個區域的平均彎矩分布圖.各個區域的寬度為,z,各個區域的平均彎矩為.,.111iv1t2.,xlxlx.l.1厶l3厶.?.,.i-昌._t.,tq一l08000240002600圖6開孔蓋板配筋計算區域劃分和區域平均彎矩值蓋板按受彎構件計算配筋,可按內力從結構計算手冊中選取.以下式計算出配筋選取系數,再由手冊中確定配筋量.為確保結構安全,取c30級混凝土

9、,鋼筋強度標準值fyk=335n/mm為設計參數.6式中,4為配筋選取系數;為各區段彎矩.4算例14.1蓋板規格(配裝02200ram井室)與工況條件蓋板外徑d為2600ram;孑l筒內徑d為800mm;蓋板厚度為200mm;蓋板埋設深度為9m(含3m,6m計算結果);作用于蓋板上的井筒規格:直徑0800mm,井壁厚度80mm;地面作用荷載為公路i級汽車.具體的蓋板尺寸如圖7所示./圖7蓋板尺寸簡圖4.2荷載計算4.2.1蓋板自重標準值g=6t=1.1x25xo.20=5.5kn/m式中,g為蓋板單位面積自重標準值,kn/m;k為蓋板自重計算系數;為混凝土自重密度,kn/m.;為蓋板厚度,mm

10、.4.2.2蓋板上檢查井重量標準值=2一哆2)=1.1(o.8+2x0.08)2_0.8ix925=54.7l14kn式中,g為蓋板上檢查井重量標準值,kn;k為檢查井自重計算系數;為蓋板埋設深度,iti.4.2.3地面車輛荷載標準值公路i級汽車的后輪荷載為140kn,汽車行進中直接輾壓井蓋傳遞作用力給蓋板,故動力沖擊系數取為1.4.=1.4=1.4x140=196kn式中,為孑l邊地面汽車荷載標準值,kn;為汽車后輪輪壓荷載,kn.4.2.4豎向土壓力標準值fk=chi=1.2xl8x9=194.4kn/m式中,.為板上豎向土壓力標準值,kn/m;為豎向土壓力荷載系數;為土壤自重密度,kn/

11、m;為蓋板埋設深度,in.4.2.5孔邊單位長度分布荷載之和=(+)/(1t)=(196+54.7114)/(rrx0.8)=99.7659kn/m式中,為孑l邊單位長度分布荷載,kn/m.4.2.6板上均布荷載ps=fg=194.4+5.5=l99.9kn/m式中,為板上均布荷載,kn/m.4.3內力計算4.3.1圓孔周邊分布荷載作用彎矩計算一252011年第11期混凝土與水泥制品總第187期蓋板覆蓋于井室上,02200mm井室壁厚為200ram,蓋板支承點直徑為2400mm,蓋板圓孔直徑與蓋板支承直徑比/3=800/2400=0.3333,計算位置與蓋板半徑比p=x/r,按150ram間距

12、分隔區域,計算結果如表1.將表1結果及各項數據代入上列公式,分別計算出圓孔周邊分布荷載作用的彎矩值,計算結果如表2;板上均布荷載作用引起的彎矩,結果見表3;圓孔周邊荷載與板上均布荷載作用彎矩之和,結果見表4.表1計算位置與蓋板支承半徑比p表3板上均布荷載作用引起的彎矩一26曹生龍檢查井蓋板結構計算方法4_3.2蓋板上切向彎矩分布圖由表4計算數據所繪制的切向和徑向彎矩分布圖分別見圖8,圖9.ivlt2產xliixlxi-_l.一f.,.7.-虱io800/b,024o00260hd圖8開孔蓋板切向彎矩分布圖圖9開孔蓋板徑向彎矩分布圖4_3.3蓋板最大撓度計算按混凝土結構設計規范規定,受彎梁板的最

13、大撓度不宜大于l/750l/8oo(l為梁板垮度),檢查井蓋板是地下結構物,可適當加大允許撓度,最大撓度規定為l/700.f.=2400/700=3.43mm式中廠懈為荷載作用下蓋板允許撓度,mm.帶孔蓋板最大撓度位置發生在圓孔邊,02600mm開孔蓋板埋設深度為9m計算的最大撓度為2.63ram,小于允許撓度,說明蓋板厚度設計是適宜的.由表4及圖8,圖9可知:(1)不同埋設深度的蓋板內力不同,內力隨埋設深度增大而加大.(2)不同方向的蓋板內力不同,荷截作用下在蓋板中產生的彎矩,切向彎矩遠大于徑向彎矩,切向彎矩是開孔蓋板中的主要內力.(3)不同位置的蓋板內力不同,蓋板圓孔周邊為最大切向彎矩作用

14、位置,板支承點至圓孑l邊1/2距離附近為最大徑向彎矩作用位置.(4)不同位置的撓度不同,孔周邊為最大撓度發生位置,在蓋板支點處撓度為零.(5)由結構分析可確定,開孔圓板的配筋應以抗切向彎矩為主配筋,在孑l洞周邊處的彎矩是配筋控制彎矩值,配筋形狀以能承受切向彎矩的為最佳.4-3.4配筋計算02600mm開孔蓋板配筋計算結果見表5和圖10表502600ram開孔蓋板配筋計算一272011年第11期混凝土與水泥制品總第187期1n墨暑-啊_0.24l共6.73瑋,實.配7環.8-一tql080002400l02600圖10開孔板上各區段計算配筋環數由表5和圖10計算結果可以歸納一種配筋方案,見圖11

15、.開孑l四周為彎矩和撓度最大處,因而在圓孑l處配置2環圓形環筋;水平橫筋為主要受力筋,靠近圓孑l邊配筋密度大,間距小,向外間距逐漸增大;蓋板支承圓處配置一圓形構造筋;鋼筋骨架宜以焊接成型,或以焊接定型,輔以綁扎,使骨架不變形,鋼筋間距符合要求.圖1102600mm帶孔蓋板配筋示意圖5常用開孔蓋板不同埋設深度配筋表常用開孔蓋板不同直徑不同埋設深度配筋見表6.表6常用開孑l蓋板不同直徑不同埋設深度配筋表40055055070097008501201.76168501000100012002.262.150.941-33/1402-32l81.19|6檢查井無孑l蓋板計算.6.1無孑l蓋板計算簡圖圓

16、形無孔蓋板在地下所受荷載如圖12所示,無孑l蓋板安裝于井室上,由地面荷載與豎向土壓力荷載組成.地面荷載按汽車荷載和地面其它活荷載中取較大者計算,地面活荷載規定為10kn/m.蓋板上均布有回填土,板面上的均布荷載為回填土豎向土壓力,其作用大小與蓋板埋設深度,土壤自重密度等有關.一28一圖l2圓形無孔蓋板荷載圖0000如如加578l罐如砌加2690l452192ll108i67200248053421,1i8l97206曹生龍檢查井蓋板結構計算方法6.2內力計算公式板面均布荷載作用計算簡圖見圖l3.圖13板面均布荷載作用計算簡圖板面上均布荷載作用彎矩公式:=(3訓-p=-(1+3g)廠=(1(式中

17、,為徑向彎矩;為切向彎矩;f為撓度;為板面均布荷載.p式中,為圓形蓋板支承點半徑;為計算點距蓋板圓心距離.正負號規定:彎矩一使截面上部受壓,下部受拉者為正;撓度一向下變位者為正.6.3配筋計算檢查井蓋板應按周邊支承圓形板類構件進行配筋計算.不同位置的內力不等.在圓心處彎矩最大,至支承周邊減為零(見圖14,圖15).同開孔蓋板,為節約鋼筋用量,非均等彎矩作用構件的配筋,不宜按最大彎矩計算配筋量均配在構件斷面上,應劃分區域,以每個區域的平均彎矩.t0一,:|l?一?.l2400l仍2600圖l4蓋板切向彎矩分布圖:?.?.傘102400i2600圖15蓋板徑向彎矩分布圖值分別計算各區域配筋量,并按

18、此配筋.圖16中左邊為實際蓋板彎矩分布圖,右邊為便于配筋計算將蓋板轉化為區域及各個區域的平均彎矩分布圖.各個區域的寬度為,.,.,各個區域的平均彎矩為.,.rlx,.,厶llll0.00:?一iig.026o0圖16蓋板配筋計算區域劃分和區域平均彎矩值7算例27.1蓋板規格(配裝02200mm井室)與工況條件蓋板外徑為2600ram;蓋板厚度t為200mm;蓋板埋設深度為9m(含3m,6m計算結果);地面作用荷載為公路i級汽車,具體的蓋板尺寸見圖17.圖17蓋板尺寸圖7_2荷載計算7.2.1蓋板自重標準值g=k6t=1.1x25xo.20=5.5kn/m式中符號意義與4.2.1中有孑l蓋板的相

19、同.7.2.2地面荷載標準值本算例取qk=10kn/m為地面荷載標準值.7.2.3豎向土壓力標準值fk=cshi=1.2x18x9=194.4kn/m式中符合意義與4.2.4中有孔蓋板的相同.7.2.4作用于蓋板面上均布荷載之和=g+q+=5.5+1.4x10+1.27x194.429一2011年第11期混凝土與水泥制品第187期=266.3880kn/mz式中,為板上均布荷載,kn/m.7_3內力計算蓋板覆蓋于井室上.02200mm井室壁厚取為200mm,蓋板支承點直徑為2400ram,計算位置與蓋板半徑比p=x/r,按400與200ram間距分隔區域,計算結果如表7.表7計算位置與蓋板支承

20、半徑比7.3.1彎矩計算各項數據代人上列公式,計算荷載作用的彎矩值,計算結果如表8.表8荷載作用彎矩值7_3.2蓋板最大撓度計算按混凝土結構設計規范規定,受彎梁板的最大撓度不宜大于l/750l/800(l為梁板垮度),檢查井蓋板是地下結構物,可適當加大允許撓度,最大撓度規定為l/700.f.=2400/700=3.43mm式中為荷載作用下蓋板允許撓度,mltl.無孔蓋板最大撓度發生在中心位置,j2600mm蓋板埋設深度為9m計算的最大撓度為1.86ram,小于允許撓度,說明蓋板厚度設計是適宜的.由表8及圖14,圖15可知:(1)不同埋設深度的蓋板內力不同,內力隨埋設深度增大而加大.(2)不同方

21、向的蓋板內力不同,荷截作用下在蓋板中產生的彎矩,切向彎矩大于徑向彎矩,切向彎矩是蓋板中的主要內力.(3)不同位置的蓋板內力不同,蓋板中心為最大彎矩作用位置.(4)不同位置的撓度不同,蓋板中心為最大撓度發生位置,在蓋板支點處撓度為零.(5)由結構分析確定,蓋板的配筋應以抗切向彎矩為主配筋,配筋形狀以能承受切向彎矩的為最佳.7.3.3配筋計算02600mm無孔蓋板配筋計算結果見表9和圖18表9o2600mm無孑l蓋板配筋計算表一30曹生龍檢查井蓋板結構計算方法廠_厶23l4i5孝嗖?毒.i一.:昌njl10240026nn圖18無孔板上各區段計算配筋環數由表9和圖18計算結果可以歸納為一種配筋方案,見圖19(無孔板上各區段計算配筋環數).靠近蓋板中心處配筋密度大,間距小,向外間距逐漸增大;蓋板支承圓處配置一圓形構造筋;鋼筋骨架宜以焊接成型,或以焊接定型,輔以綁扎,使骨架不變形,