3 地下综合管廊结构分析与设计.pdf
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1、 地下综合管廊结构分析及设计 1 / 54 midas Gen 地下综合管廊结构地下综合管廊结构分析及设计分析及设计 概概 要要 使用 midas Gen 进行地下综合管廊结构分析及设计。讲解板、梁、柱构件的设计及验算功能。 主要步骤如下主要步骤如下: 1 模型信息 2 建立模型(前处理) 2.1 设定操作环境、材料和截面 2.2 建立模型 2.2.1 建立底板 2.2.2 建立底层侧壁 2.2.3 建立中板 2.2.4 建立顶层侧壁 2.2.5 建立顶板 2.2.6 建立柱及补充修改模型 2.3 定义边界 2.4 定义及施加荷载 2.4.1 荷载概况 2.4.2 定义荷载工况 2.4.3 施
2、加荷载 3 分析及设计(后处理) 3.1 分析结果查看 3.1.1 定义子区域 3.1.2 分析 地下综合管廊结构分析及设计 2 / 54 3.1.3 生成荷载组合 3.1.4 地基承载力及抗浮验算 3.1.5 板构件抗剪承载力验算 3.2 设计及验算 3.2.1 板设计及验算 3.2.2 梁、柱设计及验算 4 结语 5 参考文献 地下综合管廊结构分析及设计 3 / 54 1 模型信息模型信息 本工程为某地下综合管廊交叉口,初选结构方案为梁+板+柱结构体系,结构主要构件尺寸如下: (单位:mm) 梁:600 X 1000; 柱:800 X 800、600 X 1200(暗柱/扶壁柱) ; 板:
3、顶板 500、中板 300、底板 600、外侧壁 600、隔墙 300; 管廊净高:顶层 3.5m、底层 3.3m; 顶板覆土:厚度 3m,人工压实回填土(内摩擦角 18,粘聚力 0) 图 1-1 交叉口顶板平面布置图 地下综合管廊结构分析及设计 4 / 54 图 1-2 交叉口中板平面布置图 图 1-3 交叉口底板平面布置图 根据中国地震动参数区划图GB18306-2015、 混凝土结构耐久性设计规范 地下综合管廊结构分析及设计 5 / 54 GB/T 50476-2008、 城市综合管廊工程技术规范GB 50838-2015、 地下工程防水技术规范GB 50108-2008 等规定及相关技
4、术资料,本工程其他结构设计信息如下: 抗震设防烈度:6 度(0.05g) ; 设计地震分组:第二组; 场地类别:II 类 混凝土强度等级:C40; 钢筋级别:主筋 HRB400 级、箍筋 HRB335 级; 混凝土保护层 c:厚度 30mm(临水面 50mm) ; 最大裂缝宽度:0.2mm; 抗浮稳定性系数:1.05; 设计地下水位:地表下 3m; 2 建立建立模型模型(前处理前处理) 2.1 设定设定操作环境操作环境、材料和截面材料和截面 1. 双击 midas Gen 图标主菜单新项目 保存 文件名:地下综合管地下综合管廊结构分析与廊结构分析与设计设计保存。 2. 主菜单 工具 单位系 长
5、度:m, 力:kN 确定。亦可在模型窗口右下角点击图标的下拉三角,修改单位体系,如图 2-1。 图 2-1 单位体系 3. 主菜单 特性材料材料特性值 添加设计类型:混凝土混凝土 规范:GB10(RC) 数据库:C40 确定。 地下综合管廊结构分析及设计 6 / 54 图 2-2 定义材料 4. 主菜单 特性截面截面特性值 添加数据库/用户实腹长方形截面用户 辅助截面:名称:100*100 H:0.1,B:0.1 适用; 柱截面:名称:800*800 H:0.8,B:0.8 适用; 暗柱截面 1:名称:600*1200 H:0.6,B:1.2 适用; 暗柱截面 2:名称:1200*600 H:
6、1.2,B:0.6 适用; 梁截面:名称:1000*600 H:1,B:0.6 确定。 地下综合管廊结构分析及设计 7 / 54 图 2-3 定义截面 5. 主菜单 特性截面板厚 添加面内和面外:0.6适用面内和面外:0.5适用面内和面外:0.3确认,然后关闭定义厚度界面。 图 2-4 定义厚度 地下综合管廊结构分析及设计 8 / 54 2.2 建立模型建立模型 2.2.1 建立底板建立底板 1. 模型窗口右侧 快捷工具栏顶面,修改视角为顶视角(也可在模型窗口右上角点击 TOP 按钮实现) 。 2. 主菜单 节点/单元单元建立单元材料 C40截面 100*100点击按钮在后输入(2,0,0)
7、(逗号需用输入法为英文状态,也可以用空格代替,本截图用的空格)点击按钮完成 1 号辅助梁建立。 注:点击右上角动态视图控制,实现 9 个方向的视角查看。点击快捷工具栏显示节点号,显示单元号。 图 2-5 建立节点、单元 3. 模型窗口中点击选中 2 号节点将左侧树形菜单的选为输入(4,-4,0)点击模型窗口中点击 3 号节点输入(5.4,0,0)点击。以此类推,重复上述步骤,为: (5.4,0,0) 、 (2.35,0,0) 、 (4,4,0) 、 (2,0,0) 、(0,2.25,0) 、 (0,3.2,0) 、 (0,2.35,0) 、 (-2,0,0) 、 (-4,4,0) 、 (-2.
8、35,0,0) 、 (-5.4,0,0) 、 (-4,-4,0) 、 (-2,0,0) 、 (0,-2.35,0) 、 (0,-3.2,0) ,依次连接 3-18 号节点,最后,连接 18 号节点与 1 号节点。 地下综合管廊结构分析及设计 9 / 54 图 2-6 建立底板轮廓线 4. 在左侧树形菜单节点连接左键单击模型中点击节点 2 与节点15,建立辅助梁。以此类推,连接节点 3、14, 4、13,5、12,2、6,18、8,17、9,15、11,6、11。 图 2-7 建立底板内部辅助梁 5. 主菜单 节点/单元单元移动复制快捷工具栏单选按钮选择下图的24、49 号单元等间距 dx,dy
9、,dz:0,1.2,0勾选适用。重新选择24、49 号单元等间距 dx,dy,dz:0,-1.2,0适用。 地下综合管廊结构分析及设计 10 / 54 图 2-8 复制构件 6. 主菜单 节点/单元单元分割单选按钮选择 66、60、69、63 号单元任意间距,x:2.1,1.2适用。 图 2-9 分割构件 7. 主菜单 节点/单元单元建立单元材料 C40截面 100*100节点连接:45、49,46、50,43、47,44、48关闭,建立集水坑轮廓线。 地下综合管廊结构分析及设计 11 / 54 图 2-10 建立集水井轮廓 8. 在左侧树形菜单选择工作选项卡窗口选择底板梁构件位置处的辅助梁左
10、键点击截面 5:1000*600,拖放至模型窗口,修改辅助梁截面(以下简称拖放功能) 。 图 2-11 修改底板辅助梁截面 9. 主菜单 节点/单元网格自动网格网格尺寸:长度 0.5m 单元类型:板材料:C40 厚度:0.60全选适用 关闭。 地下综合管廊结构分析及设计 12 / 54 图 2-12 自动网格生成底板 10. 左侧树形菜单选择工作选项卡 单元板单元右键钝化选择洞口内部节点Delete,删除洞口的节点。 注:删除节点时,与节点相连的单元即删除,因此,只需要删除洞口内部节点即可。钝化板单元是为了方便选取节点,Ctrl+A,可恢复全部单元显示。 图 2-13 生成集水井洞口 2.2.
11、2 建立底层侧壁建立底层侧壁 1. 主菜单 节点/单元单元单元扩展 扩展类型:原目标 地下综合管廊结构分析及设计 13 / 54 不勾选删除复制和移动等间距0,0,3.75/8复制次数:8如下图所示选择需生成底层侧壁位置处的梁单元。可窗口选择或多边形选择(双击鼠标左键即可结束多变形选择)适用。为方便选择单元可消隐(Ctrl+H)显示模型。 图 2-14 建立底层侧壁 图 2-15 阶段模型 2.2.3 建立中板建立中板 1. 左侧树形菜单选择工作选项卡 单元双击 梁单元,选中底板梁单元主菜单 节点/单元单元移动复制复制:等间距0,0,3.75复制次数:1适 地下综合管廊结构分析及设计 14 /
12、 54 用。快捷工具栏 平面选择XY 平面Z 坐标:3.75m适用关闭F2 激活。 图 2-16 复制底板梁至中板并激活 2. 右侧快捷工具栏 修改视角为顶视角窗口选择多余辅助梁Delete 键,删除多余辅助梁。 图 2-17 删除多余辅助梁 3. 主菜单 节点/单元单元合并 全选适用。 地下综合管廊结构分析及设计 15 / 54 图 2-18 合并辅助梁 4. 主菜单 节点/单元单元移动复制等间距2.5,0,0 复制次数:1窗口选择下图所示梁 2612 号单元交叉分割:勾选节点、单元适用,生成中板一个洞口辅助梁。等间距-2.5,0,0窗口选择2624 号单元适用,生成中板另一个洞口辅助梁。
13、图 2-19 复制梁 5. 主菜单 节点/单元单元扩展 扩展类型材料:C40截面:100*100复制和移动:等间距0,2,0复制次数:1选择下图上部的三个节点适用。类似,等间距0,-2,0选择下图下部的三个节点适用。 地下综合管廊结构分析及设计 16 / 54 图 2-20 扩展生成辅助梁 6. 主菜单 节点/单元单元建立单元材料:C40截面:100*100连接节点,建立下图所示辅助梁单元。 图 2-21 建立辅助梁 7. 主菜单 节点/单元单元在曲线上建立直线单元曲线类型:圆中心+两点截面为 100*100分割数量为 8圆心 C 坐标:(8.2,4.45,3.75)P1:(8.9,4.45,
14、3.75)P2:(8.2,5.15,3.75)适用,建立圆形洞口。圆心 C 坐标:(16.25,6.4,3.75) ,P1:(15.75,6.4,3.75),P2:(16.25,5.7,3.75)适用,建立另一个圆形洞口。 地下综合管廊结构分析及设计 17 / 54 图 2-22 建立圆形洞口 8. 窗口选择选择下图所示单元Delete,删除多余辅助梁。主菜单 节点/单元单元合并单元 快捷工具栏 全选按钮适用。 图 2-23 多余辅助梁删除及单元合并 9. 主菜单 节点/单元网格自动网格选择下图所示轮廓线方法:线单元网格尺寸 长度:0.5m材料:C40厚度 3:0.3适用。 地下综合管廊结构分
15、析及设计 18 / 54 图 2-24 自动网格生成 0.3m 厚中板 10. 主菜单 节点/单元网格自动网格选择下图所示轮廓线方法:线单元网格尺寸 长度:0.5m材料:C40厚度 3:0.6适用。 图 2-25 自动网格生成 0.6m 厚中板伸出 地下综合管廊结构分析及设计 19 / 54 图 2-26 阶段模型及动态视图 注:可点击模型窗口右上角的 动态视图 切换视角,Ctrrl+H 切换是否消隐模型,以便操作。 2.2.4 建立顶层侧壁建立顶层侧壁 1. 快捷工具栏 平面选择XY 平面Z 坐标:3.75m适用关闭F2,激活,因需以中板所在面为基准完成后续操作。模型窗口 右上角动态视图控制
16、点击 TOP 顶视图,以便操作。 2. 左侧工作树工作选项卡双击梁单元F2 激活。主菜单 节点/单元单元扩展扩展类型为原目标 不勾选删除材料:C40厚度 1:0.6复制和移动:等间距0,0,3.95/8 复制次数:8窗口选择或多边形选择,选择生成顶层侧壁所需的梁单元(双击鼠标左键即可结束多变形选择)适用。 图 2-27 扩展生成顶层侧壁 地下综合管廊结构分析及设计 20 / 54 2.2.5 建立顶板建立顶板 1. 左侧工作树工作选项卡双击梁单元主菜单 节点/单元单元移动复制等间距0,0,3.95复制次数:1适用。 图 2-28 复制到顶板轮廓线 2. 快捷工具栏 平面选择XY 平面Z 坐标:
17、7.7m 适用关闭F2,激活,因需以顶板所在面为基准完成后续操作。模型窗口 右上角动态视图控制点击 TOP 顶视图。快捷工具栏 窗口选择下图所示单元Delete 键,删除多余辅助梁。 注:7.7=3.75+3.95,是底板至顶板的高度。节点选择需注意不要多选,防止误删除构件。 图 2-29 删除辅助梁 3. 主菜单 节点/单元单元合并 全选按钮适用。 地下综合管廊结构分析及设计 21 / 54 图 2-30 合并辅助梁 4. 主菜单 节点/单元网格自动网格全选,选择下图所示轮廓线方法:线单元网格尺寸 长度:0.5m材料:C40厚度 3:0.6适用关闭。 图 2-31 自动网格生成顶板 地下综合
18、管廊结构分析及设计 22 / 54 图 2-32 阶段模型 2.2.6 建立建立柱及补充修改模型柱及补充修改模型 1. 主菜单 节点/单元单元扩展 扩展类型:材料:C40截面 2:800*800复制和移动任意间距 方向:z间距:-3.95,-3.75窗口选择下图 5266、5268、5249、5247 号节点(中部 4 个节点)适用,生成内部柱。 图 2-33 扩展生成暗柱 截面:600*1200任意间距方向:z间距:8-3.95/8,8-3.75/8窗口选择下图 5118、5173、5114、5141 号节点(上下 4 个节点)适用关闭,生成上部和下部柱。 地下综合管廊结构分析及设计 23
19、/ 54 截面:1200*600窗口选择下图 5152、5116、5112、51425 号节点(左右 4 个节点)适用,生成左侧和右侧柱。 注:此处间距为 8-3.95/8 代表垂直向下扩展 8 次,每次距离为-3.95/8。选择这个间距及次数的原因主要为暗柱要和侧壁的网格节点对应。 图 2-34 阶段模型 2. 全部激活Ctrl+A 前视图或右侧快捷工具栏 正面视角窗口选择下图中左图所示单元,选择顶层管廊内隔墙。右视图或右侧快捷工具栏 右面视角窗口选择下图中左图所示单元,选择底层管廊内隔墙。工作树 工作选项卡点击 截面 3:0.3,拖放至模型窗口,修改内隔墙厚度为 0.3m。 地下综合管廊结
20、构分析及设计 24 / 54 图 2-35 修改内隔墙厚度 3. 快捷工具栏 平面选择XY 平面Z 坐标:3.75m适用工作树 点击截面 1:100*100 拖放至模型窗口,将中板的辅助梁截面均修改为 100*100双击左侧树形菜 截面 1:100*100Delete,删除辅助梁。 图 2-36 阶段模型修改内隔墙厚度 2.3 定义边界定义边界 1. 主菜单 边界弹性支承面弹性支承基床系数:Kx:15000kN/m3,Ky:15000 kN/m3,Kz:40000 kN/m3右视图选择下图所示节点适用关闭。其他设置采用默认值。 地下综合管廊结构分析及设计 25 / 54 图 2-37 施加边界
21、约束 注:对于基床系数取值,可根据经验,亦可参考: 城市轨道交通岩土工程勘察规范 (GB 50307-2012)附录 H;顾晓鲁等主编的地基与基础 (第三版) ,表 12-2-1;中国船舶工业总公司第九设计院编写的弹性地基梁及矩形板计算 ;戴学清、柏雪梅写的文章基床系数的确定方法综述等资料。本例竖向基床系数取 40000,水平基床系数取竖向基床系数的 1/21/3,取15000。 本例未考虑土体仅受压特性、未考虑侧壁土约束,若实际项目需考虑结构局部鼓起、地震作用等,则需考虑土体只受压特性及侧壁土约束,具体方法不在本文介绍,可参考其他技术资料。 2.4 定义及定义及施加荷载施加荷载 2.4.1
22、荷载概况荷载概况 1. 自重:本例混凝土容重取 25 kN/m3,自重由软件根据自重系数自动计算;管廊内部找平垫层层厚度取 10cm,容重为 20 kN/m3,则找平垫层荷载为 20 kN/m30.1m=2 kN/m2,作用于管廊底板;管线及设备自重本例取 4 kN/m2,作用于管廊顶层及底层板。 2. 土压力/水压力:本管廊采用明挖施工,回填人工填土,容重取 18 kN/m3,土体浮容重为 10 kN/m3,主动土压力系数 Ka=tan2 (45-/2)=0.53,地下水位为地下3m,本例采用水土分算方法计算水压力及土压力。 3. 地面超载及车辆荷载:本例管廊顶板覆土层厚度 3m,车辆荷载按
23、城-A 级考 地下综合管廊结构分析及设计 26 / 54 虑,参考给水排水工程构筑物结构设计规范GB 50069-2002、 给水排水工程结构设计手册 (第二版) ,本例地面堆载及超载对顶板取 10 kN/m2,侧壁取 101/33.4kN/m2。 4. 管线活荷载及检修荷载:本例共取 4.5 kN/m2。 5. 温度作用:本例考虑湿度当量温差为内外壁 10(外壁高) ,由于是地下结构,同时考虑管廊节间长度较短、混凝土的开裂刚度折减及混凝土收缩徐变的影响,因此不考虑季节温差等其他温度影响。 6. 地震作用:本例所在地区抗震设防烈度为 6 度,不进行抗震验算,对于需进行抗震设防验算的工程,请参考
24、其他资料,如midas Gen 地下综合管廊结构操作例题 、 XXX 综合管廊工程抗震设防专项论证报告样板等。 7. 其他荷载:本例不考虑。 2.4.2 定义荷载工况定义荷载工况 1. 主菜单 荷载建立荷载工况静力荷载工况名称:自重类型:恒荷载(D)添加名称:土压力添加名称:水压力添加名称:车辆及超载类型:活荷载(L)添加名称:检修荷载添加名称:温度类型:温度荷载(T)添加关闭。 图 2-38 定义荷载工况 地下综合管廊结构分析及设计 27 / 54 2.4.3 施加荷载施加荷载 1. 主菜单 荷载结构荷载/质量自重荷载工况名称:自重自重系数:Z=-1添加关闭。 2. 主菜单 荷载压力荷载定义
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