山區(qū)高速公路預制涵洞受力特性分析

李德生，胡賢松

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽　550008)

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山區(qū)高速公路預制涵洞受力特性分析

李德生，胡賢松

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽550008)

摘要：我國交通建設速度不斷加快，高速公路的建設的水平也隨之提高。而山區(qū)高速公路涵洞設計施工對于山區(qū)高速公路的順利建設有著重要的影響。如今預制涵洞越來越多的被應用到山區(qū)高速公路建設中，但其施工特點、受力特性等都值得進一步分析，才能夠更好地應用到未來的山區(qū)高速公路施工中。

關(guān)鍵詞：山區(qū)；高速公路；預制涵洞；受理特性

1山區(qū)高速公路預制涵洞受力特性分析

1.1幾何模型

在該工程的任務操作過程當中，用現(xiàn)場的數(shù)值作為計算機的幾何模擬參考條件所得到的預制裝配制涵洞的斷面圖如圖1所示。

圖1　涵洞斷面示意圖(m)

實際分析過程中采用15節(jié)點三角形對涵洞的平面模型進行了網(wǎng)格劃分來簡化，進行簡化后的平面模型計算時必須要考慮邊坡和填土，填土和涵洞之間的兩兩磨擦作用關(guān)系并在接觸面使用接觸單元而模型底部采用固定約束模擬基巖，模型左右邊界采用水平向約束。

1.2材料參數(shù)及本構(gòu)模型

對于涵洞的的基礎以及巖石的邊角采用物理的理想模型進行建造分析，對于地基等基礎建設類型采用理想彈塑性模型，由于地基和填土此類的材料屬于散體材料類型，所以此類物質(zhì)的抗壓能力遠遠超過了其抗壓的能力，所以，在此類物質(zhì)受到剪切性的彈性形變時，其顆粒物質(zhì)會發(fā)生膨脹作用。用Cosserat連續(xù)介質(zhì)的Mohr—Coulomb屈服準則描述相關(guān)的物質(zhì)的強度如表1所示。

表1　相關(guān)物質(zhì)的計算參數(shù)

1.3受力分析

(1)涵洞周圍的黏土壓力

對于涵洞的周圍的黏土的壓力進行分析，首先就應該確定相關(guān)涵洞的受力問題，通過數(shù)值模擬得到的相關(guān)數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2　涵周土壓力分布

從圖3可以看出。相關(guān)的壓力主要是集中在靠近蓋板位置的兩端，其著力的位置的受力是其余位置的1.2倍左右，由于相關(guān)的蓋板的彈性形變造成的卸荷作用就是造成這樣差異的最主要愿意之一。此外，由于左右的邊坡具有著不同的坡度和邊坡距離，所以具體的受力情況也有不同，在相關(guān)的文獻規(guī)定中，對壓力計算存在過于保守的現(xiàn)象，例如，在《公路圬工橋涵設計規(guī)范》( JTGD61 X005 )中的相關(guān)的壓力計算就存在過于保守的情況，這也就使得涵洞的結(jié)構(gòu)設計不安全。所以，在對涵洞的受力進行分析時，應該通過精確的計算加上數(shù)值修正，才能得到合理的受力情況。為后續(xù)的施工奠定基礎。

(2)涵體結(jié)構(gòu)內(nèi)力

涵洞洞體在壓力作用之下，除了應該對其結(jié)構(gòu)內(nèi)力進行分析之外，還要對其結(jié)構(gòu)剪力和彎矩分布進行分析，才能更好的得到受力的特性，其結(jié)構(gòu)剪力和彎矩分布如圖3和圖4所示。

圖3　單位長度涵體剪力

圖4　單位長度涵體彎矩

由上述兩圖可以看出，黏土在壓力的作用之下，其洞側(cè)的剪力上部較小而下部較大，隨著側(cè)墻的水平壓力不同，相應的剪切力的大小也有所變化，而通過對于彎矩的分析可以看出，蓋板的剪切力主要集中在基座的位置。

(3)基礎連接位置的相關(guān)數(shù)值的運算

2結(jié)束語

預制涵洞在實際應用中確實體現(xiàn)了較為明顯的優(yōu)勢，隨著預制涵洞施工方法的普及，在越來越多的山區(qū)高速公路修建中應用也是未來交通建造行業(yè)發(fā)展的必然。但是還需要對預制涵洞在不同環(huán)境下的安全性進行研究評估，必須要嚴格對預制涵洞的施工進行計算，從而有效提升預制涵洞的在實際工程中的應用范圍。

參考文獻：

[1]馬強,鄭俊杰,張軍. 山區(qū)涵洞受力影響因素的數(shù)值模擬分析[J]. 合肥工業(yè)大學學報(自然科學版)，2011，(10).

[2]顧安全,呂鎮(zhèn)鋒,姜峰林,楊忠. 高填土蓋板涵EPS板減荷試驗及設計方法[J]. 巖土工程學報，2011，(10).

[3]鄭俊杰,陳保國,張世飆. 溝埋式涵洞非線性土壓力試驗研究與數(shù)值模擬[J]. 巖土工程學報，2010，(12).

[4]程海濤,柳學花. 涵—土性狀離心模型試驗研究[J]. 路基工程，2010，(2).

Analysis on force characteristics of prefabricated culvert in mountainous highway

LI De-sheng, HU Xian-song

(Guizhou Provincial Highway Engineering Group Co., Ltd.,Guiyang,Guizhou 550008,China)

Abstract:With the pace of traffic construction continues to accelerate in our country, the level of highway construction increases. And mountain highway culvert design and construction have significant impacts for mountainous highway construction. Now pre-fabricated culvert is more and more applied to highway construction in mountainous area, but the construction characteristics and mechanical behavior are worth to be further analyzed, in order to be applied to the future in the mountainous area highway construction.

Keywords:mountainous area; highway; pre-fabricated culvert; acceptance characteristics

中圖分類號：U449

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)03-0083-02

作者簡介：李德生(1986-)，貴州畢節(jié)人，本科，研究方向：高速公路施工。

收稿日期：2015-08-08