山區(qū)高速公路預(yù)制涵洞受力特性分析

李德生，胡賢松

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽　550008)

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山區(qū)高速公路預(yù)制涵洞受力特性分析

李德生，胡賢松

(貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽550008)

摘要：我國(guó)交通建設(shè)速度不斷加快，高速公路的建設(shè)的水平也隨之提高。而山區(qū)高速公路涵洞設(shè)計(jì)施工對(duì)于山區(qū)高速公路的順利建設(shè)有著重要的影響。如今預(yù)制涵洞越來越多的被應(yīng)用到山區(qū)高速公路建設(shè)中，但其施工特點(diǎn)、受力特性等都值得進(jìn)一步分析，才能夠更好地應(yīng)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(yù)制涵洞；受理特性

1山區(qū)高速公路預(yù)制涵洞受力特性分析

1.1幾何模型

在該工程的任務(wù)操作過程當(dāng)中，用現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)值作為計(jì)算機(jī)的幾何模擬參考條件所得到的預(yù)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(shí)際分析過程中采用15節(jié)點(diǎn)三角形對(duì)涵洞的平面模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分來簡(jiǎn)化，進(jìn)行簡(jiǎn)化后的平面模型計(jì)算時(shí)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(duì)于涵洞的的基礎(chǔ)以及巖石的邊角采用物理的理想模型進(jìn)行建造分析，對(duì)于地基等基礎(chǔ)建設(shè)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)，其顆粒物質(zhì)會(huì)發(fā)生膨脹作用。用Cosserat連續(xù)介質(zhì)的Mohr—Coulomb屈服準(zhǔn)則描述相關(guān)的物質(zhì)的強(qiáng)度如表1所示。

表1　相關(guān)物質(zhì)的計(jì)算參數(shù)

1.3受力分析

(1)涵洞周圍的黏土壓力

對(duì)于涵洞的周圍的黏土的壓力進(jìn)行分析，首先就應(yīng)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?cè)斐傻男逗勺饔镁褪窃斐蛇@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(xiàn)規(guī)定中，對(duì)壓力計(jì)算存在過于保守的現(xiàn)象，例如，在《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》( JTGD61 X005 )中的相關(guān)的壓力計(jì)算就存在過于保守的情況，這也就使得涵洞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不安全。所以，在對(duì)涵洞的受力進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)該通過精確的計(jì)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(chǔ)。

(2)涵體結(jié)構(gòu)內(nèi)力

涵洞洞體在壓力作用之下，除了應(yīng)該對(duì)其結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行分析之外，還要對(duì)其結(jié)構(gòu)剪力和彎矩分布進(jìn)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(zhǎng)度涵體剪力

圖4　單位長(zhǎng)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(yīng)的剪切力的大小也有所變化，而通過對(duì)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(chǔ)連接位置的相關(guān)數(shù)值的運(yùn)算

2結(jié)束語

預(yù)制涵洞在實(shí)際應(yīng)用中確實(shí)體現(xiàn)了較為明顯的優(yōu)勢(shì)，隨著預(yù)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(yīng)用也是未來交通建造行業(yè)發(fā)展的必然。但是還需要對(duì)預(yù)制涵洞在不同環(huán)境下的安全性進(jìn)行研究評(píng)估，必須要嚴(yán)格對(duì)預(yù)制涵洞的施工進(jìn)行計(jì)算，從而有效提升預(yù)制涵洞的在實(shí)際工程中的應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬強(qiáng),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(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(yàn)及設(shè)計(jì)方法[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2011，(10).

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

[4]程海濤,柳學(xué)花. 涵—土性狀離心模型試驗(yàn)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(hào)：U449

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)03-0083-02

作者簡(jiǎn)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