无腋角综合管廊结构足尺模型静载试验及有限元分析

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综合管廊内布设多种市政管线一般选择多舱断面形式。已有综合管廊大多设置构造腋角而新型装配整体式综合管廊为了方便预制构件工厂化生产以及现场拼装施工一般不采用腋角。本文以本市实际综合管廊工程为研究对象,对多舱现浇无腋角综合管廊与装配整体式综合管廊的节段模型进行静载试验,研究无腋角综合管廊结构的裂缝发展、破坏机制、极限承载力、破坏形态等力学性能,并通过有限元软件ATENA进行综合管廊非线性分析,研究实际均布荷载加载方式、腋角以及装配整体式综合管廊配筋形式下的综合管廊结构性能。本文主要目的是研究无腋角形式的综合管廊是否满足我国规范要求,并与带腋角综合管廊进行对比,是否能具有带腋角综合管廊相同的结构性能。此外,比较装配整体式综合管廊与现浇带腋角综合管廊的结构性能,为无腋角形式的综合管廊工程提供参考依据。无腋角综合管廊试验与装配整体式综合管廊试验结果表明:两个试件加载变化过程相似,均经历了弹性、开裂、刚度退化和破坏四个阶段;两个试件长跨和短跨最终破坏均为剪切破坏;综合管廊结构设计控制条件为最大裂缝宽度,并且相较于结构荷载设计值与准永久值,均有足够的安全富余。以现浇无腋角模型、装配整体式模型以及现浇带腋角模型三个试验为计算实例,通过对比各国规范(美国、英国、澳大利亚、欧洲以及中国)截面受剪承载力计算公式的计算结果,发现我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)对于综合管廊顶板的受剪承载力计算结果偏不安全。建立现浇无腋角模型与现浇带腋角模型的ATENA有限元模型,模拟结果与试验结果吻合良好。证明ATENA软件能较好地模拟分析综合管廊结构的裂缝分布、破坏形态、极限承载能力等结构性能,ATENA软件可用于科研和实际工程中对综合管廊结构受力性能的有限元分析。通过对比均布荷载作用下的有限元模型与集中荷载作用下的有限元模型及试验,发现荷载模式的改变不会改变综合管廊结构最终破坏形态,且裂缝分布也十分接近,集中荷载作用下的试验结果可以较好的给实际均布荷载作用下的综合管廊工程提供参考。通过ATENA有限元分析研究腋角对综合管廊结构受力性能的影响。建立与带腋角模型相同配筋的无腋角有限元模型、增加顶板底部纵筋模型(无腋角)和增加顶板底部纵筋与支座纵筋模型(无腋角),分析结果表明:裂缝宽度控制下,当配筋相同时,腋角可以在一定程度上降低钢筋应力,但通过适当增加顶板纵筋可以使得无腋角综合管廊的结构性能与带腋角综合管廊相当。建立试验装配整体式模型配筋形式的有限元模型(材料同带腋角有限元模型),分析结果表明:试验配筋形式下的装配整体式综合管廊结构性能与带腋角模型相当,构造桁架钢筋在一定程度上提高了结构的受剪承载力,约束了裂缝的开展。
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