Midas在沉井设计中的运用

CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2010年6月第39卷增刊

Midas 在沉井设计中的运用

丁志全，刘树明

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州510230）

［摘要］如果按照普通方法计算，在不同工况条件下，沉井抗浮稳定性计算和沉井配筋计算量大，可能由于各种原因造成计算结果与实际不符，而且有时一些配筋完全依靠经验完成，降低了设计精度。为了解决这些问题，运用Mi-das 对沉井进行计算设计，结果发现：计算简单，能考虑不同施工阶段荷载综合作用时的结构反应，能更精确地计算细分单元的受力情况。［关键词］

Midas ；沉井；有限元［中图分类号］

U443.13［文献标识码］A

［文章编号］1002-

8498（2010）S0-0692-02Application of Midas in Designing Caissons

Ding Zhiquan ，Liu Shuming

（CCCC-FHDI Engineering Co.，Ltd.，Guangzhou ，Guangdong 510230，China ）

Abstract ：Under different working modes ，the calculation of caisson ’s stability and its reinforcement ratio is tough with

the typical method and might cause unexpected results.Sometimes the computation of reinforcement at a certain part is based on designers＇experiences ，and inevitably would decrease the accuracy and accountability.In order to solve this prob-lem ，the authors find apply Midas to design the caisson and found that the whole calculation process is simpler and can take the different loads ’action of different construction phases under consideration and it can accurately compute the stress con-dition of finite elements.

Key words ：Midas ；caisson ；finite element

［收稿日期］2009-11-26［作者简介］丁志全，中交第四航务工程勘察设计院有限公司助

理工程师，广州市海珠区前进路161号510230，电话：（020）84107724，E-mail ：dzq88888@126.com

在相关教材中给出了抗浮安全系数K 2=

G +R f

F

，其中，

G 为沉井在各施工阶段时的总自重；R f 是井壁总摩擦阻力；F 是封底后沉井所受的总浮力。同时也给出了关于圆形井壁内力计算公式。总的来说上述计算公式只给出了简单受力条件下的计算分析过程，当遇到复杂条件时，很难进行计算和精确求解。本文通过一个工程实例，介绍Midas 在沉井设计计算中的运用。1工程概况

该沉井为混凝土圆形沉井，具体尺寸如图1所示。2

计算过程

本文主要讲述在复杂受力条件下，整体抗浮稳定性计算和单元配筋计算，将省略相关参数的计算过程。由主动土压力和水压力产生的侧向压力及由顶力P 产生的土抗力如图2所示，并在沉井侧壁添加摩擦阻力。

在Midas 程序中输入：井壁厚度从下到上分别为0.8、0.6和0.4m ，材料为C30；板单元格大小为400mm ˑ460mm ；基底约束为铰接；输入上述荷载；定义静力荷载工况：恒荷载DD 和活荷载LL 。地下结构不考虑地震和风的作用。具体运算过程：输入材料特性（选择

材料、输入厚度）→建立模型（建立板单元、扩展单元）→输入边界约束条件→输入静力荷载→输入荷载工况

→运行程度→查看位移、

变形、反力。不同施工阶段，井壁各部位结构受力情况不同，通过Midas 可以非常方便地添加和删除各施工阶段的不同外力和考虑各施工阶段有无底板的情况。本工程分别考虑3种情况：①无底板无集中顶力；②有底板无集中顶力；③有底板有集中顶力。这样可以分析在各种荷载条件下施工阶段沉井是否安全。

选择不同的荷载工况，和在不同荷载工况下最不利组合方式。该工程统一选用C max RC-ENV-STR （最大值包络图）。3

结果分析

通过分析，施工过程中无底板无集中顶力和有底板无集中顶力的情况，结构整体稳定性满足要求。

查看有底板有集中力时井壁单元弯矩图，可以发现在顶力作用点的弯矩最大（见图3a ）。通过图3还

2

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可以发现在开洞边缘弯矩比较大而且分布不均

。

图1

沉井示意

图2

沉井受力示意

图3

井壁弯矩云图

底板弯矩云图如图4所示，可以发现在底板与井壁交接部位负弯矩比较大。

通过对上述所得的最不利位置的弯矩值计算，可以做到合理配筋，

确保结构安全可靠。查看基底反力，通过Midas 的反力求和查询功能可以发现总反力为13266kN 向上，

满足抗浮要求。

还图4底板弯矩云图

可以通过图形详细查看基底每个节点反力大小，如图

5所示，看是否存在倾覆危险。结果发现，顶力作用点一侧节点反力最大，

其背侧反力最小，但大于零，满足倾覆要求，即沉井整体稳定性满足要求

。

图5基底节点反力

4结语

1）用Midas 能非常方便计算不同施工阶段的受力

情况，确保施工过程中不同受力条件下沉井安全可靠。

2）Midas 能在复杂受力条件下求解不同工况的最大弯矩点和结构整体稳定性。

3）Midas 基于有限元理论，求解比较准确，便于合理配筋，

使设计人员做到心中有数。参考文献：

［1］袁聚云，李镜培，楼晓明，等.基础工程设计原理［

M ］.上海：同济大学出版社，

2007.［2］CECS137ʒ2002给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程

［S ］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［3］MIDAS /Gen structural engineering system ［M ］.北京：MIDAS IT

（Beijing ）Co.，Ltd.

［3］陆国平，王星梅，姜宏逵.大型沉井群的设计和施工技术［J ］

.施工技术，

1997，26（11）：17-20.3

962010增刊丁志全等：Midas 在沉井设计中的运用