本實(shí)用新型涉及一種地下綜合管廊，尤其涉及一種截面外拱的箱型鋼結(jié)構(gòu)城市地下綜合管廊。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在的城市地下綜合管廊，大部分是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于混凝土結(jié)構(gòu)是剛性結(jié)構(gòu)(自身剛度大，抵抗變形能力強(qiáng))，變形量很少，廊體過(guò)寬或者過(guò)高，不會(huì)導(dǎo)致廊體內(nèi)管架及管線變形及損害，同時(shí)，這些管廊的截面形狀可以為矩形，主要原因是要利用兩側(cè)的側(cè)壁布設(shè)豎直的支架，并在豎直的支架上布設(shè)各類(lèi)水電管線，這些豎直的支架容易加工，容納管線量大，管線易布設(shè)安裝。雖然剛度大、不易變形是剛性結(jié)構(gòu)管廊的優(yōu)點(diǎn)，但是管廊地下工程回填土后都會(huì)都會(huì)有2～3個(gè)月的沉降期，回填土密實(shí)度難以保證一致，沉降期期間就會(huì)造成不均勻沉降，剛性結(jié)構(gòu)管廊在遇到不均勻沉降后局部應(yīng)力集中明顯，整體結(jié)構(gòu)受力不佳，從而也使得鋼筋混凝土管廊存在壁厚要求大，造價(jià)成本高、運(yùn)輸安裝困難等問(wèn)題。如圖1-2所示，如果管廊截面是圓形橢圓的，則支架也得做成圓弧形，與管廊截面一致，但是弧形支架加工困難，承載能力低，且布設(shè)水電管線時(shí)空間容納能力差，施工繁瑣困難。另外，如果是圓形截面的管廊，其內(nèi)部通行凈空空間利用率低，在滿足同樣的凈空空間要求時(shí)，高度就會(huì)增加，開(kāi)挖深度增大。同樣，針對(duì)普通的鋼波紋管式的地下管廊，除了存在上述同樣的問(wèn)題外，在目前管廊通用尺寸大小的情況下，如果卷圓成直徑3～4米的管廊，只能使用小波高、小慣性矩、小強(qiáng)度的波形參數(shù)，如波高50mm、55mm或100mm，難以使用波高達(dá)140mm以及140mm以上大慣性矩的波形參數(shù)，這樣在管廊埋地后變形就會(huì)很大，其中包括設(shè)置支架的兩個(gè)側(cè)壁的變形。

本申請(qǐng)人在先申請(qǐng)了一系列鋼結(jié)構(gòu)地下綜合管廊，這里的鋼結(jié)構(gòu)是鋼質(zhì)材料組成的結(jié)構(gòu)，不同于上述混凝土剛性結(jié)構(gòu)，但是這些鋼結(jié)構(gòu)管廊在實(shí)際應(yīng)用中的變形量較大，一方面管廊利用管土共同受力原理，也就是管土協(xié)同變形原理，鋼結(jié)構(gòu)與回填土的協(xié)同變形作用，變形量自然就很大；同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工程中允許的變形量要比鋼筋混凝土構(gòu)件大得多。故此，鋼結(jié)構(gòu)的綜合管廊廊體的變形就會(huì)引起管廊內(nèi)部管架及管線的變形及損害。

因此，亟待解決上述技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

實(shí)用新型目的：本實(shí)用新型提供了一種在管廊內(nèi)易設(shè)置支架、能容納更多的水電管線、管體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易變形、可利用管土共同受力原理快速實(shí)現(xiàn)管廊拼接的截面外拱的箱型鋼結(jié)構(gòu)城市地下綜合管廊。

技術(shù)方案：本實(shí)用新型所述的地下綜合管廊，包括由分別位于上下面和兩側(cè)面的單元板片沿周向拼裝形成單元管節(jié)，該單元管節(jié)沿軸向拼裝形成管廊，所述單元板片為向管廊外側(cè)起拱的弧形鋼波紋板，其波紋紋路與管廊軸心線垂直，兩側(cè)單元板片的內(nèi)側(cè)半徑大于0.5倍管廊對(duì)角線的長(zhǎng)度，管廊的寬度大于其高度的0.5倍并小于其高度的2倍；其中，所述管廊對(duì)角線的長(zhǎng)度以相鄰單元板片的周向連接點(diǎn)為測(cè)量點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述兩側(cè)單元板片的內(nèi)側(cè)半徑大于0.75倍管廊對(duì)角線的長(zhǎng)度，管廊的寬度大于其高度的0.75倍并小于其高度的1.5倍。

相鄰所述單元板片的周向連接處形成角度，例如可以形成鈍角結(jié)構(gòu)，或者為圓弧過(guò)度。

相鄰所述單元板片的周向連接端部各設(shè)縱向法蘭，且相鄰的連接法蘭形成拼接連接面。其中，縱向法蘭為平直狀法蘭、角鋼法蘭、異型角鋼法蘭、槽鋼或異型槽鋼。

靠近所述管廊的內(nèi)側(cè)壁處布置豎向支架立桿，和/或靠近所述管廊的頂部或底部?jī)?nèi)表面處布置橫向支架橫桿，所述豎向支架和/或橫向支架的端部連接在相鄰單元板片的縱向法蘭處。

本實(shí)用新型中，位于上下面和兩側(cè)面的所述單元板片的弧度相同或不同?；蛘咄粏卧迤幕《炔煌?。單元板片由金屬板構(gòu)成，該金屬板自身彎折形成凸起；或由金屬板彎折形成凸起，再用板材或管材與該凸起組合形成空心腔體結(jié)構(gòu)；或由金屬板和金屬管拼接而成；或由C型鋼、槽鋼、工字鋼、弧形鋼、角鋼或波紋板與金屬板扣合形成帶有空心腔體的結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述空心腔體內(nèi)填充混凝土，或者在所述空心腔體內(nèi)布置鋼筋并填充混凝土。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

(1)本實(shí)用新型的箱型鋼結(jié)構(gòu)地下綜合管廊，對(duì)兩側(cè)壁單元板片的內(nèi)側(cè)半徑作了限定，使得側(cè)壁板片的半徑大、曲率小，能保證豎向支架的高度，提高支架的水電管線的容納量，同時(shí)豎向支架能盡量靠近管廊的側(cè)壁，讓出中間空間，提高了管廊內(nèi)部?jī)艨绽寐省?/p>

(2)本實(shí)用新型的箱型鋼結(jié)構(gòu)地下綜合管廊，對(duì)管廊橫截面的高寬比作了要求，能保證管廊的高度，提高側(cè)壁管架容納管線的能力，也能控制管廊的變形量，使之符合鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范變形量的要求。

(3)該管廊截面為外拱的箱型管廊，廊體凈空利用率高，且單元板片采用弧形結(jié)構(gòu)，利用管土共同受力原理，整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與承受力最大化，解決了純粹矩形截面的管廊埋地時(shí)不能利用管土共同受力原理，結(jié)構(gòu)受力差、造價(jià)成本高等問(wèn)題。

(4)該箱型管廊周向可以采用平直狀法蘭、角鋼法蘭或異型槽鋼等法蘭連接，每節(jié)長(zhǎng)度可以做至10米以上，整體施工進(jìn)度加快，尤其采用角鋼或槽鋼法蘭連接時(shí)，角部應(yīng)力集中區(qū)的受力情況得到了極大地改善，避免縱向法蘭與單元板片單一焊接連接的形式在動(dòng)載工況下焊縫開(kāi)裂而造成管體結(jié)構(gòu)破壞等現(xiàn)象。

(5)在保障相同凈空利用率及荷載條件下，該管廊的鋼材厚度及截面弧長(zhǎng)均可減少，節(jié)約成本，更有利于加快施工現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)圓形管廊的內(nèi)部?jī)艨盏慕Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)橢圓形管廊的內(nèi)部?jī)艨盏慕Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖3-7分別為本實(shí)用新型地下綜合管廊的橫截面圖；

圖8-10分別為三種管廊的橫截面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)用新型的箱型管廊1，包括由分別位于上、下和兩側(cè)面的單元板片2沿周向拼裝形成單元管節(jié)，該單元管節(jié)沿軸向拼裝形成箱型管廊；單元板片2為向箱型管廊外側(cè)起拱的弧形鋼波紋板，其波紋紋路與箱型管廊軸心線相垂直；其中，兩側(cè)單元板片的內(nèi)側(cè)半徑大于0.5倍管廊對(duì)角線的長(zhǎng)度，管廊的寬度大于其高度的0.5倍并小于其高度的2 倍，管廊對(duì)角線的長(zhǎng)度以相鄰單元板片的周向連接點(diǎn)為測(cè)量點(diǎn)。

本實(shí)用新型對(duì)鋼結(jié)構(gòu)綜合管廊的外部尺寸(兩側(cè)單元板片的內(nèi)側(cè)半徑及管廊的寬高比)進(jìn)行限定，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算及三維模擬試驗(yàn)得出結(jié)論：?jiǎn)闻撲摻Y(jié)構(gòu)管廊的寬高比范圍控制在0.6-1.8倍，進(jìn)一步優(yōu)選為0.75-1.5倍，更優(yōu)選的，寬與高盡量接近才能有較好的受力效果。同時(shí)，兩側(cè)單元板片的內(nèi)側(cè)半徑大于0.5倍管廊對(duì)角線的長(zhǎng)度，可以得到形狀無(wú)限接近矩形/方拱的管廊，該結(jié)構(gòu)的管廊變形量小且受力均勻，優(yōu)選的，兩側(cè)單元板片的內(nèi)側(cè)半徑大于0.56倍管廊對(duì)角線的長(zhǎng)度，更優(yōu)的，兩側(cè)單元板片的內(nèi)側(cè)半徑大于 0.75倍管廊對(duì)角線的長(zhǎng)度。

其中，相鄰單元板片之間可以形成周向連接的角度，如圖3和圖6所示，也可以是圓弧過(guò)渡，如圖4、5、7所示。其中，所述單元板片沿周向拼接時(shí)，相鄰單元板片的接觸端部設(shè)有縱向法蘭3，且相鄰縱向法蘭3為拼接連接面，其中縱向法蘭3為平直狀法蘭、角鋼法蘭、異型角鋼法蘭、槽鋼或異型槽鋼，可以通過(guò)螺栓實(shí)現(xiàn)快速連接，安裝便捷，極大提升施工進(jìn)度。

本實(shí)用新型中，分別位于上、下和兩側(cè)面的單元板片具有至少一種弧度，每片單元板片以該片板上半徑最大的弧度為基準(zhǔn)半徑，每塊板片的弧度可以不同，四塊單元板片可為同一弧度的板片，亦可以為兩種、三種或四種不同弧度的板片構(gòu)成。其中，單元板片由金屬板構(gòu)成，該金屬板自身彎折形成凸起；或金屬板彎折形成凸起形狀，用板材或管材與該凸起組合形成空心腔體結(jié)構(gòu)；或由金屬板和金屬管拼接而成；或者由C型鋼、槽鋼、工字鋼、弧形鋼、角鋼或波紋板與金屬板扣合形成帶有空心腔體結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型可在上述空心腔體內(nèi)充填混凝土，或者在所述空心腔體內(nèi)布置鋼筋并充填混凝土。本實(shí)用新型管廊單元板片的波紋高度值及截面慣性矩可以很高，避免了管廊直徑較小或圓弧過(guò)渡段的半徑較小時(shí)，難以彎曲成所要求弧度的難題，從而也使得板片的弧度不再受管廊口徑和跨度的限制，為生產(chǎn)制造提供了了便利。

本實(shí)用新型管廊的角度連接形式中各板片受力方向也為板片環(huán)向方向，側(cè)部回填土對(duì)頂板的擠壓，使得連接角部處的側(cè)板對(duì)頂板有較大的向上托舉的分力，減輕頂部板片所受上部荷載壓力。同樣頂部板片的豎向壓力，使得頂板在連接角部對(duì)側(cè)板有較大側(cè)向推力，減輕側(cè)部板片所受側(cè)部荷載壓力，可見(jiàn)側(cè)板荷載與頂部荷載在此種連接結(jié)構(gòu)形式下，可相互抵消部分荷載，從而使得整體結(jié)構(gòu)更趨于合理。

本實(shí)用新型管廊截面為近似矩形的箱形，管廊的強(qiáng)度高、造價(jià)低，其管廊凈空利用率高，兩側(cè)壁支架易設(shè)置，支架容納水電線量大，如圖3-7中虛線部分所示，靠近管廊的內(nèi)側(cè)壁處布置豎向支架立桿4，也可以在靠近所述管廊的頂部或底部?jī)?nèi)表面處布置橫向支架橫桿5，豎向支架4和/或橫向支架5的端部連接在相鄰單元板片的縱向法蘭處，同時(shí)還可以在豎向支架立桿4、橫向支架橫桿5上布設(shè)短支架6。其中單元板片采用圓弧形結(jié)構(gòu)的拱狀波紋板，在廊體土體回填后，周?chē)靥钔翆?duì)廊體能形成很好的包裹作用，在整體結(jié)構(gòu)受力上，周?chē)馏w與管廊結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)整體，因?yàn)榘迤谥芟蚴菆A弧形，利用管土共同受力原理，整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與承受力最大化。

實(shí)施例1

受力分析實(shí)驗(yàn)：管廊兩側(cè)單元板片的內(nèi)側(cè)半徑尺寸限定

(1)當(dāng)內(nèi)側(cè)半徑等于0.5倍的對(duì)角線時(shí)，管廊截面形狀為圓形；(2)當(dāng)內(nèi)側(cè)半徑大于0.5倍對(duì)角線時(shí)，管廊截面形狀無(wú)限接近于矩形；(3)當(dāng)內(nèi)側(cè)半徑小于0.5倍對(duì)角線時(shí)，管廊截面形狀無(wú)限接近于梅花形；

眾所周知，圓形的受力性能是最好的，但是由于地下綜合管廊需要必須的凈高和凈寬要求，并且圓形截面支架無(wú)法布設(shè)(專(zhuān)利文件中有詳細(xì)比較)。這里就不對(duì)圓形截面進(jìn)行受力分析。以下就各個(gè)土壓力作用下對(duì)矩形(圖8)、梅花形(圖9)和方拱形(圖 10，本專(zhuān)利申請(qǐng)形狀)這三種鋼結(jié)構(gòu)管廊進(jìn)行三維受力計(jì)算分析，結(jié)果參見(jiàn)表1。

表1矩形、梅花形和方拱形鋼結(jié)構(gòu)管廊受力分析

注：矩形與方拱形的最大位移位于跨中，梅花形的最大位移位于縱向接縫處。最大應(yīng)力均位于接縫位置。

結(jié)論：通過(guò)三維有限元分析后，在矩形、梅花形和方拱形三種結(jié)構(gòu)中，方拱形的變形量最小且受力均勻；同時(shí)，當(dāng)兩側(cè)單元板片的內(nèi)側(cè)半徑大于0.5-0.75倍管廊對(duì)角線的長(zhǎng)度時(shí)，方拱形結(jié)構(gòu)的變形量逐漸減小且受力均勻性提高，超過(guò)0.75倍后拱形結(jié)構(gòu)的變形量的逐漸減小趨勢(shì)趨于平緩，其受力均勻性也趨于穩(wěn)定。

實(shí)施例2

受力分析實(shí)驗(yàn)：管廊的寬高比尺寸限定

實(shí)驗(yàn)方法：采用方拱形鋼結(jié)構(gòu)管廊，在圓弧半徑與對(duì)角線的關(guān)系一定的前提下，控制廊體截面的寬高比，計(jì)算分析三維受力情況，結(jié)果參見(jiàn)表2。

表2

注：最大位移位于跨中位置；最大應(yīng)力均位于接縫位置；位移單位為cm，應(yīng)力單位為MPa。

結(jié)論：在圓弧半徑與對(duì)角線的關(guān)系一定的前提下，方拱形廊體截面的寬高比從0.5-1 變化時(shí)，最大位移位和最大應(yīng)力逐漸減??；等于1時(shí)，其結(jié)構(gòu)最大位移位和最大應(yīng)力均最??；當(dāng)寬高比大于1時(shí)其相應(yīng)的最大位移和最大應(yīng)力也變大，當(dāng)寬高比超過(guò)2后，在100MPa荷載下其變形量已經(jīng)超過(guò)2cm，對(duì)廊體內(nèi)部支吊架造成的擺動(dòng)，已嚴(yán)重影響其自身結(jié)構(gòu)受力性能和后續(xù)管線的布設(shè)；所以方拱形箱型管廊的截面寬高應(yīng)控制在0.5-2，優(yōu)選為0.75-1.5，進(jìn)一步優(yōu)選為1，此時(shí)，管廊的受力性能逐漸加強(qiáng)直至最佳。