師奶寧    曹 培

中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司  西安 710075

陜西西部建設(shè)工程檢測有限責(zé)任公司  西安 710056

 

    地下人防工程是為了在戰(zhàn)爭時(shí)掩蔽人員和物資，并進(jìn)行醫(yī)療救護(hù)而修建的地下防護(hù)建筑。具有保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，進(jìn)行人防指揮等作用，是贏得戰(zhàn)爭勝利的重要條件之一。然而，在我國很多城市早期修建的人防工程，由于在長期處于地下潮濕的自然環(huán)境中，且部分人防工程由于建筑功能的改變，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改造，均可能使人防工程結(jié)構(gòu)的安全性大大降低，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來隱患。對改造后人防工程結(jié)構(gòu)的進(jìn)行安全性評價(jià)已成為亟待解決的重要問題。因此，本文結(jié)合某人防工程在地面增建建筑物后結(jié)構(gòu)的檢測與分析對該人防工程結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行分析，為同類工程提供參考。

 

    某人防工程位于某市一公園內(nèi)，為地下一層鋼筋混凝土平戰(zhàn)結(jié)合5級人防工程。工程建于20世紀(jì)80年代初期，1997年曾因地質(zhì)原因停止使用，2001年進(jìn)行過維修，2005年在位于該工程圓型廳頂部偏南位置的地面上，增建一幢二層磚混結(jié)構(gòu)樓房，使用至今。

 

    如圖1所示，工程分落地拱（拱殼）和圓拱（球殼）兩個(gè)單元，設(shè)出3個(gè)出入口，建筑面積2116m²。工程落地拱單元基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，拱跨度22.4m，矢高6.4m，拱厚度600mm～800mm漸變，拱體結(jié)構(gòu)配筋如下：縱向受力鋼筋為φ18@200、橫向鋼筋為φ12@300。圓形拱單元采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，殼體水平投影直徑20.0m，殼頂高4.0m，殼體厚度400mm，底部為鋼筋混凝土環(huán)梁支撐，殼體配筋如下：縱向?yàn)棣?6@250，環(huán)向?yàn)?A href="mailto:φ18@250">φ18@250。混凝土強(qiáng)度等級均為C20，砌體采用MU10磚、M5水泥砂漿砌筑。

 

    為檢驗(yàn)在地面增建房屋后該人防工程結(jié)構(gòu)的安全性，需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測與計(jì)算分析。相關(guān)工作如下：

    結(jié)合現(xiàn)場檢測結(jié)果，依據(jù)工程設(shè)計(jì)圖紙，應(yīng)用有限元方法，建立計(jì)算模型，分別對拱殼、球殼、廊拱殼進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。具體過程及結(jié)果如下：

 

    如圖2所示，落地拱殼兩支座間距22.4m,拱頂高（跨中矢高）6.4m，兩端為鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

    將殼體上部回填土等效為豎向壓力，將地面建筑墻體等效為線荷載，計(jì)算時(shí)取最大值17.8kN/m，并考慮地面活荷載(2.5 kN/m2)或建筑活荷載(2.5 kN/m2)的影響，于殼體頂部加載，為安全起見，混凝土強(qiáng)度取C20。拱殼采用彈性4結(jié)點(diǎn)殼單元，且上覆土在計(jì)算中亦一并建立實(shí)體模型，上覆土采用空間六面體單元 ，將地面建筑物等效為面荷載，并計(jì)入分項(xiàng)系數(shù)，施加于土體上表面，所建計(jì)算模型如圖3所示。

    將如圖4所示，計(jì)算分析結(jié)果其中最大拉應(yīng)力為0.099MPa，最大壓應(yīng)力為-0.14MPa，抗拉抗壓均能滿足要求。

    3.2.1球殼

    如圖5所示，球殼地面投影直徑為20m，殼頂高4m，殼厚0.4m，底部為鋼筋混凝土環(huán)梁支撐，頂部開孔直徑為2m。

    對于地下結(jié)構(gòu)，土的拱效應(yīng)對土體自重及地面荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力有較強(qiáng)的抵抗作用，同時(shí)球殼底部環(huán)梁對球殼有較強(qiáng)的約束作用，計(jì)算中未考慮土拱效應(yīng)及環(huán)梁對球殼的約束作用，計(jì)算結(jié)果偏于保守。

 

    將殼體上部回填土等效為豎向壓力，將地面建筑墻體等效為線荷載，計(jì)算時(shí)取最大值33.2kN/m，并考慮地面活荷載的影響，混凝土強(qiáng)度取C20，于球殼頂部加載，球殼采用平面殼單元，計(jì)算模型如圖6所示：

    由球殼底面、頂面沿拱軸線方向應(yīng)力計(jì)算結(jié)果（圖7）可見，球殼底面（內(nèi)鄰空面）無拉應(yīng)力，全底面受壓且最大壓應(yīng)力為-4.2MPa；頂面（鄰?fù)撩妫┮酂o拉應(yīng)力區(qū)域，全頂面受壓且最大壓應(yīng)力為-2.8MPa。

    3.2.2廊拱

    采用平面單元建立廊拱殼的計(jì)算模型（如圖8所示）。加載計(jì)算，得到荷載組合下廊拱殼的底面、頂面沿拱軸線方向應(yīng)力圖（圖9）。

    由圖9可見，底面（內(nèi)鄰空面）最大拉應(yīng)力為3.2 MPa，底面最大壓應(yīng)力為-14.8MPa；頂面（鄰?fù)撩妫┳畲罄瓚?yīng)力為3.6 MPa，頂面最大壓應(yīng)力為-11.7MPa。與拱殼類比可知，廊拱殼抗拉及抗壓均滿足要求。

    根據(jù)檢測結(jié)果，就混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性，按承載能力、構(gòu)造以及不適于繼續(xù)承載的位移（或變形）和裂縫分析 。相關(guān)結(jié)果如下：

 

    由結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算結(jié)果可見，混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力滿足要求；混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接方式正確，構(gòu)造基本符合設(shè)計(jì)要求；混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有不適于繼續(xù)承載的位移和變形現(xiàn)象；未發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫。

 

    結(jié)合結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果亦可知，因本工程原設(shè)計(jì)為人防工程，原結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)計(jì)算中考慮了常規(guī)爆炸沖擊荷載的影響，若結(jié)構(gòu)僅在現(xiàn)有荷載作用下，雖在人防結(jié)構(gòu)頂部有增建的建筑，即使忽略土體拱效應(yīng)，地下拱殼的抗壓及抗拉能力均能滿足要求。

 

    綜上所述，承重結(jié)構(gòu)滿足承載力要求，不需進(jìn)行加固。

 

    由該人防工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測與數(shù)值計(jì)算結(jié)果，對該工程結(jié)構(gòu)在地面增建改造后結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行了分析。相關(guān)結(jié)論如下：

    （1）鋼筋混凝土外觀質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)由于基礎(chǔ)的不均勻沉降造成的地面與墻體開裂及其它損害情況，鋼筋銹蝕程度及混凝土碳化深度均符合要求。

    （2）檢測構(gòu)件的現(xiàn)齡期混凝土抗壓強(qiáng)度滿足原設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

    （3）結(jié)構(gòu)計(jì)算分析表明，因原結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)考慮了爆炸沖擊荷載的影響，僅在現(xiàn)有荷載作用下，結(jié)構(gòu)抗力滿足要求。

    （4）承重結(jié)構(gòu)的安全性等級符合要求，尚不顯著影響承載力，可不采取加固措施。

    （5）現(xiàn)有地面建筑物未對地下結(jié)構(gòu)承載力造成影響，該人防工程在現(xiàn)狀下可安全正常使用。

    （6）對地下人防工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析時(shí)，若不考慮土拱效應(yīng)時(shí)結(jié)構(gòu)承載力不滿足要求，應(yīng)在考慮土拱效應(yīng)時(shí)對結(jié)構(gòu)承載力做進(jìn)一步分析，可較為精確的對結(jié)構(gòu)承載能力進(jìn)行評定。

 

[1]  GB/T50476-2008, 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]  劉文競，楊建中，王霓等. 某地下室上浮事故的檢測鑒定及加固處理[J]，工業(yè)建筑，2010，40（6）：127-130

[3] 卜良桃，陳軍，黎紅兵. 火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)檢測和加固技術(shù)研究[J]，工業(yè)建筑，2009，39（6）：117-119

[4]  張亞歐，谷志飛，宋勇. ANSYS 有限元分析實(shí)用教程[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[5] 北京金土木軟件技術(shù)有限公司，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.SAP 2000 中文版使用指南［M］. 北京：人民交通出版社，2006.

[6]  牛荻濤. 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與壽命預(yù)測[M]. 北京：科學(xué)出版社，2003

 

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)