圆形沉井在顶力作用下的内力分析

圆形沉井在顶力作用下的内力分析

发表时间：2012-12-04T10:14:03.107Z 来源：《建筑学研究前沿》2012年7月作者：唐凡[导读] 本文针对圆形沉井工作在顶力作用下的受力特点，采用土体对井壁的反力按向心余弦曲线分布在半圆上的计算假定

唐凡武汉市给排水工程设计院有限公司 430034 摘要：本文针对圆形沉井工作在顶力作用下的受力特点，采用土体对井壁的反力按向心余弦曲线分布在半圆上的计算假定，推导了结构内力分析计算公式，并结合算例与现行计算手册进行了比较。

关键词：圆形沉井顶管工作井结构分析 Round in open caisson jacking force under the action of an internal force analysis TangFan wuhan city water supply and drainage engineering to design Co., LTD. 430034 Abstract: this paper work in open caisson round top force under the action of mechanical characteristics, use of the soil wall reverse force to the heart cosine curve distribution according to the calculation of the assumption in half, the paper derives the structural internal force analysis and calculation formula, and an example and current calculation manual are compared. Keywords: circular pipe jacking in open caisson work well structure analysis 1 前言

给排水工程中，圆形沉井构筑物的管道采用顶管法施工时，一般利用沉井的井壁做顶管的后背。利用沉井井壁做后背时，其后背的土压力分布图形比较复杂，较合理的假定为空间曲面分布，在结构近似分析中一般简化为3种反力图形：即向心均匀分布、三角形分布和正弦或余弦曲线分布。

采用向心均匀分布假定虽然结构分析比较简单，但和实际工况有较大的出入。本文在前人研究工作的基础上，采用土体对井壁的反力按向心余弦曲线分布在半圆上的计算假定，以期对圆形沉井工作井在顶力作用下的结构分析有所改进。反力分布假定如图1所示，其中图1a为井体周围的均匀土压力，图1b为圆形沉井在顶力作用下，顶力所引起的圆周向不均匀土压力，图1c为圆形沉井在顶力作用下，顶力所引起的垂直向不均匀土压力。

3 算例

设计条件：一圆形钢筋混凝土沉井的平均半径=4.00m，沉井总高度H＝10.00m，壁厚0．6m顶管中心线距沉井刃脚踏面h′＝3．00m，顶管最大顶力F＝3 000kN，地下水位算至地面标高下1．0m，土的等代摩擦角

对于在顶管中心线上下各0．5m范围内的水平截条，根据上述计算方法，可得各截面下的内力为(已考虑土的主动土压力)： MA＝—344．453kN·m／m

NA＝—639．788kN／m

MB=76．960kN·m／m

NB=—533．685kN／m

Me＝—64．51lkN·m／m

Nc=—569．053kN／m

根据《给水排水工程结构设计手册》第6．3．8节井内顶管时后背井壁计算”，与之相对应的内力为：

MA＝—926．641kN·m／m

NA=—1 782．053kN／m

MB＝205．227kN·m／m

NB＝—1 640．582kN／m

MC＝—172．029kN·m／m

Nc=—1 687．739kN／m4 结语

①对顶管顶力作用的井壁，本文采用土压力水平向按向心余弦曲线分布、垂直向按线性变化的计算假定，提出了圆形沉井在顶管顶力作用下的水平内力计算方法，在一定程度上较好地模拟了圆形沉井作为顶管工作井时的实际受力情况。

②通过计算实例可以看出，按照本文提出的计算方法进行水平内力计算，和现行手册中的计算方法相比较，更能够使结构设计安全、经济、合理。

③在顶管施工中利用圆形沉井井壁作后背时，井后背的土压力分布比较复杂，较合理的土压力分布模式应为空间曲面分布。随着计算水平的提高和计算手段的进步，在考虑结构和土体共同作用下的整体空间分析基础上，会对井壁背部实际的土体反力分布有更确切的了解。

参考文献：

[1]给水排水工程结构设计手册．北京：中国建筑工业出版社，1984

[2]给水排水管道工程施工及验收规范(GB 50268)