蘇洪　張迪　朱賀

摘 要：檢查井是城市地下設(shè)施非常重要的組成元素，由于綠化帶和人行道寬度有限等原因，導致行車道上分布了為數(shù)不少的檢查井。而井蓋是通往城市地下設(shè)施的出入口的頂部裝置，對行人、行車安全舒適通行都有不可小覷的影響，解決井蓋存在的問題是很有必要的，本文就現(xiàn)有的問題提出新的井蓋模型，并用ABAQUS進行有限元分析。

關(guān)鍵詞：變截面；井蓋；有限元分析；復合材料

1 井蓋研究背景

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)又迎來一個新周期，井蓋作為一種地下設(shè)施的出入口頂部的封閉物，對道路的質(zhì)量和行人、行車的安全影響很大。我們要以“城市精細化建設(shè)管理”的理念來正確面對井蓋所出現(xiàn)的問題，并以合理的方案解決問題。目前，道路上的井蓋存在一些不可忽視的問題，給行人、車輛的通行帶來不便及隱患，這些問題亟待解決。

2 傳統(tǒng)井蓋存在的問題

1、井蓋的下沉：井蓋的下沉一方面是由于井座連接不穩(wěn)固，結(jié)合部位砂漿砌筑不飽滿、井身砌體有通縫等，在行車荷載作用下發(fā)生下沉；另一方面，雨水通過路面裂縫滲進井基礎(chǔ)，導致地基強度降低，在外部作用等因素影響下，也加劇了井蓋下沉。

2、井蓋周邊路面出現(xiàn)裂縫：井蓋和井座間連接不穩(wěn)固，車輛荷載產(chǎn)生對井蓋的橫向沖擊力加速了井蓋的松動進而導致井蓋周邊路面瀝青混凝土剝落；同時，檢查井與路面材料物理性質(zhì)差異大，在車輛荷載作用下，天氣原因和維護不當也會導致井周路面產(chǎn)生裂隙。

3、井蓋被盜取的現(xiàn)象：傳統(tǒng)的井蓋材料多為鑄鐵。鑄鐵井蓋具有高強度、高硬度，抗腐蝕性、抗沖擊性等優(yōu)點，但其較高的回收價值，一旦井蓋的防盜做得不夠徹底，井蓋就容易丟失。

4、井蓋脆裂問題：道路上的重車通過時，由于鑄鐵是脆性材料，井蓋可能會發(fā)生突然脆裂的情況。

5、井蓋跳響：當井蓋出現(xiàn)上述的幾個問題時，路面平整度遭到破壞，井蓋下沉松動，當重車駛過時就會跳動并且發(fā)出響聲，通過多方面影響而對行車不利。

6、井蓋病害導致路面的使用范圍限制：當駕駛員發(fā)現(xiàn)井蓋引起路面裂縫或者井蓋下沉等病害時，會有意識避開那部分路面，路面的使用率與原來相比降低。在車道劃分不明顯的道路上，會引起交通混亂，甚至會造成交通事故。

3 新型井蓋方案的提出

道路檢查井損壞的主要原因有材料、交通、施工、環(huán)境等方面的原因。材料方面，由于路面材料與井蓋材料剛度差異較大，在荷載作用下的變形不同，由于變形差的存在會差生附加應力，導致其損壞。對于傳統(tǒng)井蓋，通過分析，可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)井蓋從受力與位移上來看部分材料并沒有充分發(fā)揮作用，因此可以在不影響使用的情況下將那部分材料省去，與可持續(xù)發(fā)展的社會主題契合。從材料方面來看，傳統(tǒng)的井蓋采用鑄鐵，自重大，造價較高，并且容易丟失、銹蝕等，維護上需要一定的成本，因此通過比較采用其他材料來制造井蓋。

根據(jù)以上井蓋出現(xiàn)的問題，對傳統(tǒng)的井蓋進行優(yōu)化，提出一種新型變截面井蓋。

3.1 新型井蓋截面

它主要從結(jié)構(gòu)上來實現(xiàn)對傳統(tǒng)井蓋的優(yōu)化，其特征是：下部向內(nèi)凹，有一定的撓度，下邊緣曲線采用了線性簡單、易于掌握的圓曲線；上部與井座接觸的部分采用整體上為T型嵌入的方式，將井蓋固定在井座上方的位置；T型截面的翼緣部分形狀為梯形，即變截面井蓋的高度變化規(guī)律是斜線。井蓋不是以餅式結(jié)構(gòu)直接安裝在井座上面，而是通過嵌入的方式，使受力承臺上移，采用變截面結(jié)構(gòu)形式，進一步削弱蓋和井座間發(fā)生相對滑移的情況。

3.2 模型計算參數(shù)取值

機動車行駛和停放的道路、場地使用重型檢查井蓋。根據(jù)鑄鐵檢查井蓋規(guī)范《CJ/T 3012-93》檢查井蓋凈寬不小于600mm，支座支承面寬度不小于20mm，井蓋嵌入深度不小于40mm。計算時取材料為灰鑄鐵，彈性模量150Mpa，泊松比0.27。施加外部作用為為400Kpa壓強。將新型井蓋模型的參數(shù)取為：直徑700mm，高60mm；傳統(tǒng)井蓋模型取直徑700mm，高60mm。取拱頂中心為坐標原點。

3.3 運用ABAQUS計算得出的結(jié)果

根據(jù)上表，隨著拱頂?shù)母叨茸兓?，最大位移、最大應力的變化情況也有所不同。在40mm處發(fā)生變化較大，同時，拱頂在50mm處最大應力與柱體的最大應力相差僅為2.6%，拱頂為45mm處最大應力相差7%，并且所有計算結(jié)果均滿足國家標準即變形不大于D/300（D為井蓋最大直徑）。因此，為了提高材料的利用率，充分發(fā)揮材料的性能，可選擇拱頂在40～50mm的位置處。

3.4新型井蓋建議使用的材料

為了解決井蓋具有回收價值而被不法之徒盜竊的問題，目前采用的解決措施有兩種：一種是在井蓋上安裝防盜裝置，起到一定的防盜作用，相應的增加了成本但不能從根本上解決問題；另一種是采用沒有回收價值的材料制造井蓋，從根本上解決問題。因此，選擇復合材料作為制造井蓋的原材料是時下興起的好方式。

由于玻璃鋼井蓋具有輕質(zhì)高強、抗疲勞性能好、破損安全性好、成型工藝性優(yōu)越、耐腐蝕、外表美觀、圖案可設(shè)計性強等優(yōu)點，并能很好地解決鑄鐵井蓋被盜的問題，可以作為鑄鐵井蓋理想的替代產(chǎn)品。

4 新型變截面井蓋的優(yōu)點

1、新型井蓋“井蓋和瀝青路面是同時受力”在車輛來回碾壓時，均勻的受力面能有效分散壓力，T型嵌入式結(jié)構(gòu)防止井蓋發(fā)生沉降有限位功能。

2、改變了井蓋邊沿與井座銜接處的形狀，保持良好的整體性，可以在一定程度上改善爛邊的現(xiàn)象；同時井蓋與井座的接觸方式發(fā)生改變，可以更好的抵抗車輛荷載引起的橫向沖擊力，有效防止井蓋松動和車輛駛過產(chǎn)生跳響的問題。

3、新方案減少了材料的用量，與餅式結(jié)構(gòu)相比可以一定程度地減少成本而不影響車輛的行駛和道路的使用。

4、復合材料的使用可以在降低成本的前提下，滿足使用過程中的各項要求，而且有效避免了井蓋丟失的情況。

5、采用變截面的形式，嵌入結(jié)構(gòu)的上部高度呈斜線規(guī)律變化，能一定程度的提高抗剪能力，并且能夠減小井座與井蓋間隙帶來的不利影響，起到防跳響的作用。

6、在起到上述幾個作用的同時能夠保證路面的平整，也能相對的提高道路利用率。

井蓋設(shè)施雖然占道路的建設(shè)投入比例小，但是對過往車輛安全順適行駛和道路的使用程度有很大的影響。要切合“以人為本”、“城市精細化管理”的理念，重視對城市道路檢查井井蓋的控制，對井蓋病害現(xiàn)象采取解決措施。

參考文獻

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