自调式防沉降检查井盖有限元分析和优化设计研究

DOI： 10.16799/j.rnki.rsdqyfh.2019.12.056

自调式防沉降检查井盖有限元分析和优化设计研究

顾吟\\繆琪2,黄书敏3,应新兵4

(1.杭州市市政设施发展中心，浙江杭州310003; 2.杭州市路桥集团股份有限公司，浙江杭州31_;3.杭州市城建设计研究院有限公司，浙江杭州310001; 4.浙江朗洲环保科技有限公司，浙江杭州31_)

摘要：根据自调式防沉降检査井盖的结构构造，利用有限元分析法，分析了沥青混凝土垫层对自调式井盖结构的影响、 不同工况下自调式井盖结构的受力情况及尺寸影响等。接着，结合分析结果，对自调式防沉降检査井盖进行优化设计，并 取得了良好的实践效果。

关键词：自调式防沉降检查井盖;有限元分析;尺寸;优化设计中图分类号：TU990.3

文献标志码：B

文章编号：1009-7716(2019)12-0201-03

0引言

荷软等级

随着城市现代化程度的提高，城市基础设施 曰益完善，随路管线逐渐增加，城市道路中所设的 各类检查井也随之增多。近年来，检查井井盖井圈 破损、周边道路沉陷、跳车等一系列问题日益突 出。随着城市长效管理工作要求的提高，井盖问题 已成为城市管理的热点和难点。现拟针对自调式 防沉降井盖进行数值模拟和优化分析，以期获得 合理的结构形式，以及设计参数\"_7】。

1基本概况

明纤维港凝土并盖剖面图（一)

供纤维混凝土井盖剖由图（二)

(带肋）

（板式）

自调式防沉降检查井盖（见图1)通过扩大井 图1自调式防沉降检查井井盖示意图

盖底座的受力面积，减少检查井墙体立面的受力， 上作用圆形均布垂直荷载；（4)层间接触面完全连 使检查井底座与道路基层、盖框与道路面层形成 续；（5)不计路面结构自重的影响。各种材料具有 整体，通过自身调节作用，使其与路面保持在同一 不同的材料属性，根据实际情况取不同的弹性模

水平面上，改变因检查井不均匀沉降而引起检查 量和泊松比。各种材料的参数取值见表1、表2所 井盖框同步下沉的状况。

列。

2有限元模型建立

2.2边界条件及荷载

2.1建模及相关参数

对检查井进行静力分析。静力荷载采用城-A 级车辆荷载,采用最大轮重1〇〇 kN分析。按规范w 为了便于有限元分析，对路面体系作如下的 规定，100 kN荷载的作用面积为0.6 mx0.25 m= 基本假设：（1)各层皆由均质，各向同性的弹性材

0.15 m2,单位面积荷载为666.7 kPa。以上为正常荷 料组成;（2) 土基在水平方向和深度方向均为无限， 载工况。

其上各层的厚度均为有限，但水平方向仍为无限；(3)沥青面层表面自由，在井盖和沥青面层表面其

然而在现实生活中，超载已是很普遍的现象， 考虑超载时的最大轮重为150 kN，作用面积为 收稿日期：2019-07-250.6 m x 0.25 m=0.15 m2,单位面积荷载为 1 000 kPa。 作者简介:顾吟（1976—),女，工学硕士，高级工程师，从事市政道桥工程设计研究工作。

以上为超载工况。

202相关专业 城市道桥与防洪

表1

材料模型参数表弹性模量/MPa

40 000150 0001 20030 00030 00028 0002 70422 000

泊松比0.20.20.30.20.20.20.20.2

2019年12月第12期

构件井盖井圈沥青垫层混凝土限制环

盖板底板井筒、井室垫层

材料钢纤维混凝土

铸铁沥青混凝土混凝土 C30混凝土 C30混凝土 C25

模型弹性弹性弹性弹性弹性弹性弹性弹性

材料阻尼《 0.1840.1840.930.1840.1840.1840.1840.184

材料阻尼0.001 60.001 60.0070.001 60.001 60.001 60.001 60.001 6

密度2 8007 8002 4002 4002 4002 4001 7002 400

MiilO砌块和M7.5的砂浆

素混凝土 C15

表2 土层材料模型参数表

材料土

模型摩尔库伦

弹性模量/MPa

2

泊松比 0.3

C/kPa

15

内摩擦角

12

膨胀角10

密度1 700

材料阻尼a

1.84

材料阻尼P0.015 4

3沥青混凝土垫层对自调式井盖结构的影

响分析

根据规范'考虑自调式井盖结构井圈下部的 浙青混凝土垫层的材料变化，其参数如表3所列。

表3

沥青混凝土材料

沥青垫层参数变化一览表

模量/MPa1 0001 2001 400

泊松比

沥青混凝土-

0.30.30.3

材料

表4

图 4 AC-13

沥青垫层参数变化对附加应力影响一览表

受力变化

井筒上部附加 沥青混凝土垫层附垫层下部地基土

加应力/MPa 附加应力/kPa应力合力/kN

79.6179.8680.16

-3.687-3.939-4.185

-11.66-10.22-10.11

AC-25AC-20AC-13

AC-25AC-20AC-13

图2 ~图4为各种标号沥青垫层中和沥青垫 层下路基土层附加应力合力情况云图。表4为沥 青垫层参数变化对附加应力影响一览表。

79.61 kN增大到80.16 kN，增加0.69%;材料变化 引起沥青混凝土垫层本身的附加竖向压应力增

大，从 3.687 MPa 增加到 4.185 MPa,增加 13.5%; 材料变化引起沥青混凝土垫层下部路基土层附加 应力减小，从11.66 kPa减少到10.11 kPa，减少 13.3%。综上所述，沥青混凝土垫层材料的改善在

图 2 AC-25

一定程度上可以减小下部路基土层的附加应力， 从而减少沉降的发生，但效果不明显。

4不同工况下自调式井盖结构的受力情况 对比分析

图 3

AC-20假设交通荷载分别作用在井盖中间及井盖侧 边，对比两种工况下自调式井盖结构的受力情况 (见图5〜图7及表5)。

由计算结果（见表4)可以看出，沥青材料的变 化引起井筒上部附加应力合力影响变化很小，从

2019年12月第12期

城市道桥与防洪

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数取2.0,则井圈尺寸约10.7 cm;如果安全系数取 2.5,则井圈尺寸约15.2 cm左右。

表6

不同井圈尺寸条件下沥青平均应力 (偏心荷载较大应力处）一览表

井圈尺寸

沥青平均应力/MPa/mm

正常超载9.20.5770.87110.2

0.5190.784中心受力

侧边受力

11.20.4790.728图5

不同加载位置井筒附加应力合力示意图

12.20.4430.67813.20.4160.62814.20.4000.59615.00.3890.59116.00.3780.56319.2

0.362

0.543

中心受力

侧边受力

图6

不同加载位置井筒附加竖向应力示意图

+正常荷载工况 +

超载工况

中心受力

侧边受力

并圈尺寸/cm

图7

不同加载位置沥青垫层附加竖向应力示意图

图8

偏心荷载下较大应力侧沥青平均应力曲线图

表5

中心受力和偏心受力情况对比一览表

受力变化

6优化设计

计算工况

井筒上部 井筒顶部 沥青垫层附加竖向应力/MPa

通过有限元分析计算，综合考虑安全、经济、

附加应力 最大附加

实用等因素，采用井圈尺寸为15.0 cm,并对自调 合力/kN应力/MPa最大压应力最大拉应力式检查井盖支承边进行优化设计，提高其防沉降 中心受力79.86-0.27-1.0972.495能力。其设计详图见图9所示。

侧边受力

80.79

-0.71

-1.177

0.996

由计算结果（见表5)可得，两种情况下井筒上 方附加应力合力并没有明显变化，而这两种情况 会影响井筒顶部和沥青垫层的附加应力分布。其 中，井筒顶部最大附加应力明显增大（为中心受力 时的2.62倍），更容易造成检查井与邻近路面的沉 图9

自调式检查井井盖防沉降优化设计详图

降或局部破坏。

7结语

5尺寸影响分析

结合杭州市城市道路加固改造工程实施，根 见表6所列及图8所示。

据优化设计成果，制定发布《城市道路检查井提 从图8可以看出，沥青垫层在偏心力作用下 升改造通用图》和《防沉降检查井提升改造施工 较大应力侧的平均应力随尺寸增大而减少，但随 工法》，组织开展城市道路检查井防沉降提升改

着尺寸增大，下降幅度渐渐趋于平缓。如果安全系

造工作，累计完成检查井提升改造1.8万余座，提

(下转第218页)

218

城市道桥与防洪2019年12月第12期

图2 交通出行云平台构架

完成，以保证“电信级和金融级”的安全和可靠；同 标。时完成交易记录的云平台储存，以AI技术实现出 行服务的实时监管，确保安全。

4

结语

云平台设置了五类网关(交通运营机构网关、 在我国交通行业突飞猛进发展阶段应时推出

电子支付服务提供商网关、商业银行网关、关联商 智慧出行云平台和电子支付服务，在这一阶段又 家网关、用户软硬终端网关），网关内设数据安全 以一卡通官方服务机构的强势介人为交通电子支 网闸，采用非对称协议信息摆渡技术确保网络隔 付公众服务，保障安全可靠和快捷易用的出行服 离和数据安全；同时提供多种非常适合交通信息 务。让交通一卡通服务企业和交通运输机构，金融 化系统嵌人的开放接口，使出行服务的五类角色 企业，关联商家，用户共同搭建和谐的交通一卡通 在云平台勾连下安全可靠地内嵌到五大角色的系 服务的大数据生态环境，共同托起中国式的智慧 统中，达到“快捷易用和安全可靠”的出行服务目

出行产业新进程。

(上接第2(B页）

升了城市道路的平整度和美观度，取得了良好的 [4] 张朝晖.ANSYS11.0结构分析工程应用实例解析[M].北京：机械

效果。

工业出版社，2008.

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Ring Road in Lanzhou, and also provide the valuable experience and reference value for the design and construction of long-span urban tunnel projects in the future.

Keywords： urban tunnel, long span, NATM (New Austrian Tunneling Method), monitoring measurement, dynamic design

Study on Design of Coastal Landscape Based on Blue Gulf Regulation Action ............................................................

.....................................................................................He Meijun, Bai Jing, Kong Xiangchuan, Sui Long ( 195 )

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