CN105951878A - 带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊 - Google Patents

带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊 Download PDF

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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D29/00—Independent underground or underwater structures; Retaining walls
    • E02D29/10—Tunnels or galleries specially adapted to house conduits, e.g. oil pipe-lines, sewer pipes ; Making conduits in situ, e.g. of concrete ; Casings, i.e. manhole shafts, access or inspection chambers or coverings of boreholes or narrow wells

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Abstract

本发明公开了一种带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊，包括由顶板、底板和两侧板拼装形成箱型管节，该箱型管节沿轴向拼装形成箱型管廊；箱型管节的轴向棱边处设有纵梁，顶板或底板的两端设有横梁，侧板的两端设有立柱，该横梁和立柱首尾相接形成框型骨架；其中在横梁上方架设横向拱形梁架。该综合管廊集拱与梁两种基本结构于一体，共同承受载荷，充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用，适用于静载和动载都特别大的工况条件，能有效避免横梁产生较大的挠曲变形；采用本发明结构可用制作大跨度的单仓管廊结构，单仓跨度很容易达到10‑15米，在相同载荷情况下本发明的横梁截面尺寸及钢材厚度可以减薄、节约成本、降低造价。

Description

带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊
技术领域
本发明涉及一种综合管廊，尤其涉及一种适用于单仓或多仓结构的带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊。
背景技术
本申请人致力于钢质结构和钢-混凝土组合式结构综合管廊的研究及应用，并于2016年6月8日申请了一件名称为“高强度城市地下综合管廊”、申请号为2016104055040的发明专利。该专利申请中，顶板和位于其两端的横梁构成的组合结构运用了管土共同受力和连续拱桥原理，板片与回填土协同受力；其中，当管廊单仓的跨度较大(例如大于5m)时，横梁作为支撑梁，其中部位置极易出现弯曲变形甚至挠曲变形，从而引起整个管廊的变形及内部管线的稳定，由此会带来一定的安全隐患。
因此，亟待解决上述技术难题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种大埋深、高载荷、跨度大、变形小的带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊。
技术方案：本发明的综合管廊，包括由顶板、底板和两侧板拼装形成箱型管节，该箱型管节沿轴向拼装形成箱型管廊；其中，所述箱型管节的轴向棱边处设有纵梁，所述顶板或底板的两端设有横梁，所述侧板的两端设有立柱，该横梁和立柱首尾相接形成框型骨架；其中，所述横梁上方架设横向拱形梁架。
其中，所述横向拱形梁架包括位于横梁上方的拱梁，该拱梁的两个拱角与横梁两端或立柱顶部固定连接，同时在拱梁与横梁之间间隔设置拉杆；优选的，拉杆可以竖向设置或斜向设置。
同时，本发明的管廊不仅可以设置横向拱形梁架，还可以设置竖向拱形梁架，该竖向拱形梁架自立柱向管廊外侧架设。
本发明的顶板、底板和两侧板为外侧和/或内侧有凸起的波形板，或为平钢板。
其中，顶板可以为拱状，其起拱的纹路方向与管廊延伸方向一致。侧板的波纹纹路与立柱方向一致；或为向管廊外侧起拱的拱状波形板，其波纹纹路与管廊延伸方向一致。
本发明的纵梁、横梁及立柱为型钢、实心钢材、中空结构钢材、组合拼接式中空结构、内部填充混凝土的中空结构钢材、现浇混凝土柱或预制混凝土柱。
本发明的拱梁为型钢或内部填充混凝土的中空结构钢材。
当管廊沿跨度方向拼装形成多仓式结构时，每个仓室的横梁上分别架设拱形梁架，或多仓式结构的整个横梁上架设拱形梁架。
发明原理：本发明在横梁上方增设拱形梁架，充分发挥横梁受拉、拱梁受压的结构性能和组合作用，整个管廊的动载及静载首先作用在管顶的波形钢板上，接着传递到横梁上，再通过拉杆传递到拱梁上，由横梁和拱梁共同承受荷载，横梁承受的竖向荷载部分转化为拱梁环向内压力，拱梁两端拱角的水平推力转化为横梁的拉力并由横梁承受，使整个廊体两侧立柱和侧板不需要承受水平方向的推力，这种拱桥内部为超静定体系，外部则为静定体系，此种结构是动载挠度较小的结构，可较好解决了覆土高度低、动载占总载荷比例大、冲击震动强带来的结构的刚度和受力问题，从而形成了理想的受力状态，继而整个横梁及拱梁的截面尺寸和厚度都可以大大减少；另外，在横梁单跨跨度较大时，这种结构能有效避免横梁产生较大的挠曲变形。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果为：首先，该综合管廊集拱与梁两种基本结构于一体，共同承受载荷，充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用，适用于静载和动载都特别大的工况条件，能有效避免横梁产生较大的挠曲变形，其承载及受力性能大大提高，且受力结构更趋于合理化；其次，采用本发明结构可用制作大跨度的单仓管廊结构，单仓跨度很容易达到10-15米，而一般无拱梁的钢结构管廊或钢筋混凝土管廊的跨度最多只能到达7米，且很难实现；再者，本发明的拱梁可以是工厂预制的钢结构，拼装速度快、施工周期短；最后，在相同载荷情况下本发明的横梁截面尺寸及钢材厚度可以减薄、节约成本、降低造价。
附图说明
图1为本发明第一种箱型管节的结构示意图；
图2为本发明第二种箱型管节的结构示意图；
图3为本发明第三种箱型管节的结构示意图；
图4为本发明第三种箱型管节的横截面结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊，包括由顶板101、底板102和左右两个侧板103拼装形成箱型管节104，该箱型管节104沿轴向拼装形成箱型管廊；其中，箱型管节104的轴向棱边(例如可以为4条)处设有纵梁105，顶板101或底板102的两端设有横梁106，所述侧板103的两端设有立柱107，该横梁106和立柱107首尾相接形成框型骨架；其中，所述横梁106上方架设横向拱形梁架108。具体来说，横向拱形梁架108包括位于横梁106上方的拱梁109，该拱梁109的两个拱角与横梁106两端固定连接，同时在拱梁109与横梁106之间间隔设置拉杆110，这里的拉杆110可以竖向设置，也可以斜向设置。由此形成了下承式有铰系杆钢拱桥结构，而该结构作为拱桥家族中的一员，既有拱桥的一般特征，又有其独特之处，是集拱与梁的优点于一身的桥型，它将拱与梁两种基本结构形式组合在一起，共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用，拱端的水平推力用铰脚承受，使拱端不产生水平推力；拱梁与横梁间用竖直的或斜向的拉杆连接，当用斜向拉杆来代替直杆时，则为尼尔森体系；这种拱桥内部为超静定体系，外部则为静定体系，此种结构是动载挠度较小的结构，较好解决了覆土高度低动载占总载荷比例大，冲击震动强带来的结构的刚度和受力问题；另外，当横梁单跨跨度较大时，这种结构能有效避免横梁产生较大的挠曲变形。
在上述管廊结构中，横梁位于立柱上方，横梁两端与立柱顶部相接，拱梁的两个拱角与横梁两端固定连接。还有一种情况，横梁位于两个立柱之间靠近立柱顶部的位置，拱梁的两个拱角与立柱的顶部固定连接，图中未示意。
本发明管廊的顶板101、底板102和两个侧板103为外侧和/或内侧有凸起的波形板，或为平钢板。其中，该波形板由金属板构成，该金属板自身弯折形成凸起；或金属板弯折形成凸起形状，用板材或管材与该凸起组合形成空心腔体结构；或由金属板和金属管拼接而成；或者由C型钢、槽钢、工字钢、弧形钢、角钢或波纹板与金属板扣合形成带有空心腔体结构。带凸起的板材采用了大惯性矩原理，大惯性矩原理是通过将平直板成型为截面带有凸起结构的板片，使得其截面惯性矩大大提高，抗弯、抗扭及抗变形的能力显著提升，继而使板片承载能力相比平直板大大提高，其性能提升程度取决于凸起的形状及尺寸。
优选的，图1所示的顶板101为拱状，其起拱的纹路方向与管廊延伸方向一致，起拱的顶板受到来自上方车辆等运动的动载荷和覆土的静载荷后，将受力分别传递到两端的横梁上，除管廊延伸方向开始端和末尾端的横梁，其它横梁都会受到相邻顶板传递过来的作用力，且该作用力方向相反、相互抵消，整体结构承载能力更强。
同时，图1所示的侧板103为向管廊外侧起拱的拱状波形板，其波纹纹路与管廊延伸方向一致，该侧板运用管土共同受力原理，其拱形板片与回填土协同受力；且拱形板片向管廊外侧起拱，而且沿管廊延伸方向的相邻侧板之间并排设有立柱，侧板将受到外侧土的推力传递到立柱上，除管廊最开始和最末端立柱外，其它立柱都会受到相邻侧板传递过来的作用力，且该作用力方向相反、相互抵消，整体结构承载能力更强。如图2所示，在上述结构的基础上，立柱107向管廊外侧架设竖向拱形梁架111，该拱形梁架包括位于立柱外侧的竖向的拱梁，同时在竖向的拱梁和立柱之间间隔设置拉杆；这种结构通过竖向拱形梁架进一步增强立柱所受的作用力，适用于管廊侧部立柱过高或荷载过大的情况。
如图3-4所示，本发明管廊结构中侧板103的波纹纹路方向与立柱107的方向一致，该侧板运用了波形钢腹板桥梁原理，其波纹纹路竖直与自身上下连接法兰或纵梁组成波形钢腹板，整体承载以及抗侧向压力都得到极大提升。如此可将外侧土的推力传递到其上下两端的纵梁105上，以减少侧板所受的作用力。
本发明管廊结构中的纵梁105、横梁106及立柱107可以为型钢、实心钢材、中空结构钢材、组合拼接式中空结构、内部填充混凝土的中空结构钢材、现浇混凝土柱或预制混凝土柱。
本发明管廊结构中的拱梁109可以为型钢或内部填充混凝土的中空结构钢材，其中的型钢可以为非闭合截面的型钢、闭合截面的型钢或实心结构的型钢。
本发明的管廊可沿跨度方向拼装形成多仓式结构，每个仓室的横梁上分别架设拱形梁架108，或多仓式结构的整个横梁上架设拱形梁架108。
本发明管廊中的顶板、底板和两侧板可以通过焊接、法兰连接或隐藏式螺栓连接形成箱型管节。优选的，底板是预制钢筋/预应力混凝土板或现场浇筑式钢筋/预应力混凝土板。箱型管节沿轴向拼装形成综合管廊时，相邻箱型管节通过焊接、法兰连接或隐藏式螺栓连接。
本发明的地下综合管廊一般可运用于地下共用沟、市政共用管道、地下集水管、给排水管、人行或车行通道、地下管线的保护用管。

Claims (10)

1.一种带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊，其特征在于：包括由顶板(101)、底板(102)和两侧板(103)拼装形成箱型管节(104)，该箱型管节(104)沿轴向拼装形成箱型管廊；其中，所述箱型管节(104)的轴向棱边处设有纵梁(105)，所述顶板(101)或底板(102)的两端设有横梁(106)，所述侧板(103)的两端设有立柱(107)，该横梁(106)和立柱(107)首尾相接形成框型骨架；其中，所述横梁(106)上方架设横向拱形梁架(108)。
2.根据权利要求1所述带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊，其特征在于：所述横向拱形梁架(108)包括位于横梁(106)上方的拱梁(109)，该拱梁(109)的两个拱角与横梁(106)两端或立柱(107)顶部固定连接，同时在拱梁(109)与横梁(106)之间间隔设置拉杆(110)。
3.根据权利要求2所述带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊，其特征在于：所述拉杆竖向设置或斜向设置。
4.根据权利要求1所述带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊，其特征在于：所述立柱(107)向管廊外侧架设竖向拱形梁架(111)。
5.根据权利要求1所述带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊，其特征在于：所述顶板(101)、底板(102)和两侧板(103)为外侧和/或内侧有凸起的波形板，或为平钢板。
6.根据权利要求5所述带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊，其特征在于：所述顶板(101)为拱状，其起拱的纹路方向与管廊延伸方向一致。
7.根据权利要求5所述带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊，其特征在于：所述侧板(103)的波纹纹路与立柱方向一致；或所述侧板(103)为向管廊外侧起拱的拱状波形板，其波纹纹路与管廊延伸方向一致。
8.根据权利要求1所述带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊，其特征在于：所述纵梁(105)、横梁(106)及立柱(107)为型钢、实心钢材、中空结构钢材、组合拼接式中空结构、内部填充混凝土的中空结构钢材、现浇混凝土柱或预制混凝土柱。
9.根据权利要求1所述带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊，其特征在于：所述拱梁(109)为型钢或内部填充混凝土的中空结构钢材。
10.根据权利要求1所述带有拱梁结构的钢质箱型地下综合管廊，其特征在于：所述管廊沿跨度方向拼装形成多仓式结构，每个仓室的横梁上分别架设拱形梁架(108)，或多仓式结构的整个横梁上架设拱形梁架(108)。
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