带人孔盖板内力分布规律的研究及设计对策

魏现昊

(北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京 100082)

埋地方沟是排水、热力、电力等市政行业中普遍存在的一种地下线状构筑物，根据地下环境及使用功能的不同要求，其材料有现浇钢筋混凝土、砖砌体砌筑或混凝土模块砌筑等。由于维护检修的需要，沿埋地方沟纵向每隔一定距离需设置供人员出入的检修孔，检修孔位置需设置一块带人孔的单向盖板。由于人孔的存在导致盖板受力钢筋被截断，需在圆孔周边放置补强钢筋，其补强钢筋的放置范围、放置数量与孔洞周边的内力分布规律相关，见图1。

1 相关规定

GB 50069—2002给水排水工程构筑物结构设计规范［1］第6.4.1条对开孔处加固作了相应规定:“当开孔的直径或宽度大于300 mm但不超过1 000 mm时，孔口的每侧沿受力钢筋方向应配置加强钢筋，加强筋的截面面积不应小于被切断钢筋的面积”。

图1 埋地方沟及带人孔盖板示意图

SH/T 3132—2013石油化工钢筋混凝土水池结构设计规范［2］第9.1.8条对水池壁板上开孔处加固作了相应规定:“孔径(或矩形孔边长)大于300 mm且小于800 mm时，板内钢筋在孔口处截断，另配加强筋，加强筋的截面面积不应小于被切断钢筋的75%”。

16G 101—1混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图［3］第111页对板开洞加强钢筋作了相应规定:“每边配置两根直径不小于12且不小于同向被切断纵向钢筋总面积的50%”。

现行各行业规范对开洞后截断钢筋的补强数量的规定不尽相相同，各行业标准图集对补强钢筋的放置范围亦不尽相同。因此，建立多种模型专门研究不同跨度的带人孔盖板孔洞周边的内力分布规律具有十分重要的意义。

2 模型建立及计算分析

采用理正结构工具箱7.0PB4建立异形板有限元模型，板均布荷载取值20 kN/m2，板宽度均为1 600 mm，板跨度自1 600 mm～4 000 mm，板上开洞按常规人孔尺寸800 mm，分别建立开洞和未开洞有限元模型，通过对应力集中位置、分布范围、极值大小的对比分析，探究带人孔盖板的内力分布规律及设计对策。

图2为带人孔盖板弯矩云图，图3为带人孔盖板与非开洞盖板弯矩极值对比，分析表明:当开孔直径小于单向板计算跨度的1/4时，板弯矩极值分布于洞口两侧，随着计算跨度的增大弯矩极值分布范围逐渐向盖板跨中转移，当开孔直径大于单向板计算跨度的1/4时，板弯矩极值分布于盖板跨中;在开孔直径不变的情况下，随着盖板计算跨度的增大，开洞盖板与非开洞盖板弯矩极值趋于接近，洞口周围应力集中水平逐步降低，见表1。

图2 带人孔盖板弯矩云图

图3 带人孔盖板弯矩极值对比

表1 带人孔盖板弯矩极值表

在实际设计工作中，应根据以上应力分布规律确定开洞盖板的钢筋布置及加固钢筋的放置范围。当开孔直径小于单向板计算跨度的1/4时，盖板受力钢筋应主要配置于洞口两侧，板跨中配筋面积应小于洞口两侧配筋;当开孔直径大于单向板计算跨度的1/4时，盖板洞口两侧与板跨中配筋面积应基本一致，推荐钢筋布置如图4所示。

图4 带人孔盖板推荐配筋布置

3 结论与建议

采用理正结构工具箱7.0PB4建立开洞和未开洞盖板的有限元模型，通过对应力集中位置、分布范围、极值大小的对比分析，发现带人孔盖板的内力分布规律与“洞口尺寸/板块计算跨度”的比值相关，进而影响钢筋的配置。主要结论如下:

1)在开孔直径不变的情况下，随着计算跨度的增大，带人孔盖板的弯矩极值分布范围由孔洞两侧逐渐向盖板跨中转移。

2)在开孔直径不变的情况下，随着盖板计算跨度的增大，开洞盖板与非开洞盖板弯矩极值趋于接近，洞口周围应力集中水平逐步降低。

3)当开孔直径小于单向板计算跨度的1/4时，盖板受力钢筋应主要配置于洞口两侧，板跨中配筋面积应小于洞口两侧配筋;当开孔直径大于单向板计算跨度的1/4时，盖板洞口两侧与板跨中配筋面积应基本一致。