高速公路路基段聲屏障結構驗算分析及優化設計

武 林， 李昌虎

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

高速公路路基段聲屏障結構驗算分析及優化設計

武 林， 李昌虎

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

基于合肥某繞城高速公路路基段聲屏障工程實例，闡述路基段聲屏障的結構驗算以及基于驗算結果對聲屏障結構的尺寸進行優化。案例分析結果為今后同類型高速公路路基段聲屏障結構驗算及結構參數提供了參考。

繞城高速；路基段聲屏障；結構驗算；優化設計

近些年來,隨著我國新建與改擴建高速公路數量的不斷增多,交通噪聲污染也愈發嚴重,嚴重地影響了高速沿線兩側居民的正常生產、生活。當交通噪聲超過文獻[1]規定的限值時, 應采取適當措施降低噪聲污染影響[2]。公路聲屏障作為一種通過控制交通噪聲傳播途徑來降低公路交通的措施,由于其簡單、實用、可行、有效,被廣泛應用于高速公路環境保護建設當中[3]。

1 工程實例

本項目路基型聲屏障采用直壁式聲屏障,本次實例采用H=5 m高直壁式聲屏障,大樣如圖1所示。

圖1 5 m直壁式聲屏障大樣圖

結構驗算中根據文獻[4-5]及要求進行荷載取值和組合,對通常考慮的三個部位進行驗算:① 立柱結構的強度和剛度。② 柱腳連接構件的強度。③ 基礎的穩定性。

2 荷載因素

2.1 自身重力荷載

立柱承受的豎向荷載G由立柱本身的自重G1及立柱相鄰左右立柱一半彩鋼板的自重G2構成。本實例中,G1=2 475 N,G2=2 450 N,因此自重荷載G為4 925 N。

2.2 風荷載

作用在聲屏障上的風壓w=βzμsμzw0,式中βz為高度z處的風振系數,取1.3;μs為風荷載體型系數,取1.3;μz為風壓高度變化系數,高度20 m以下,取1.0;w0為基本風壓,根據規范[4]要求,基本風壓按0.55 kN/m2進行計算。故風壓w=1.3×1.3×1.0×0.55=0.93 kN/m2,豎向均布荷載q=0.93×(1+1)=1.86 kN/m。

2.3 荷載組合

根據《規范》[4-5]要求,聲屏障的結構應按承載能力極限狀態的基本組合和正常使用極限狀態的標準組合進行設計。其中立柱強度驗算按承載能力極限狀態驗算,即γ0S≤R,其中γ0為結構重要性系數;聲屏障主體結構的設計使用年限為50 a,γ0不小于1.0;S為荷載效應組合的設計值;R為結構的抗力設計值。由于本次荷載因素只考慮結構自身重力荷載與風荷載,故荷載效應組合值S簡化為:S=γGSG+γQ1SQ1,γG為永久荷載分項系數,取1.2;γQ1為可變荷載Q1的分項系數,取1.4;SG為按永久荷載標準值G計算的荷載效應值;SQ1為各可變荷載效應中起控制作用者。

《民事訴訟法》第201條明確了調解書的兩項再審事由:有證據證明調解違反自愿原則的;有證據證明調解協議的內容違反法律規定的。① 對于《民事訴訟法》第208條規定的調解協議損害國家利益和社會公共利益，以及《最高人民法院關于適用〈中華人民共和國民事訴訟法〉審判監督程序若干問題的解釋》第5條規定的調解協議侵害案外人的利益，均屬于違反合法原則的范疇。而這與《民事訴訟法》第200條羅列的13項判決和裁定的再審事由相比，是非常原則性的、邊界模糊的規定，有進一步挖掘的需要。

3 立柱驗算

3.1 強度驗算

立柱的計算可簡化為單懸臂梁,其受力的最不利位置在最底部。彎矩M底=1/2qH2=23.25 kN·m,剪力V底=qH=9.3 kN。由于本次設計立柱采用H型鋼,根據第三強度理論[6]對應力進行驗算。

(1)

其中,σ為型鋼底部最大應力;τ為型鋼底部處剪應力;[σ]為型鋼容許應力。

σ=My/I+N/A

(2)

其中,y為立柱底部截面外側到中性軸的距離;I為立柱底部截面慣性矩;A為立柱底部截面面積。

將實例中H型鋼尺寸代入式中,得出立柱底部最大應力為51.3 MPa<[σ]。

3.2 剛度驗算

Δ=1/(EI)·1/3H·1/2qH2·3/4H=

(qH4)/(8EI)

(3)

其中,E為立柱材料的彈性模量;I為立柱底部截面的慣性矩。

一般聲屏障立柱頂端的位移量應滿足:Δ/H≤l/300[8-9],本例中,Δ/H=0.015≤l/300=0.017,滿足要求。

4 柱腳連接驗算

本例中立柱與基礎連接采用地腳螺栓連接,地腳螺栓按同時受拉、受剪計算,即

(4)

單個螺栓所受剪力為:Nv=V底/n=2.33 kN

5 基礎穩定性驗算

抗傾覆穩定系數K0=(M自重+M樁)/M風荷載=1.65>1.2,滿足要求[10]。

6 優化措施

經驗算,本例基礎的穩定性滿足要求,因此本次設計取消了基礎之間的系梁;同時由于基礎抗傾覆穩定安全儲備富裕不大,設計時適當增加了承臺橫向尺寸與鋼管樁橫向間距;增加了基礎鋼管樁的長度。

7 結 論

(1) 由于本例基礎穩定性滿足要求,設計時取消基礎之間的系梁。

(2) 為提高基礎的穩定性,可適當增加基礎橫向尺寸與鋼管樁橫向間距。

(3) 增加了基礎鋼管樁的長度。

(4) 施工前應加強對沿線敏感點的復查,防止設計過程中調查遺漏以及設計后現場增加的環境敏感點。

[1] GB 3096-2008,聲環境質量標準[S].

[2] 王海豐.高速公路聲屏障設計[J].北方交通，2013(3):110～112.

[3] 魏顯威，尚曉東.高速公路聲屏障設計中幾個問題的探討[J].公路交通科技，2002, 19(6):184～186.

[4] DGT J08-2086-2011,道路聲屏障結構技術規范[S].

[5] JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范[S].

[6] 劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2004.

[7] 李 艷.聲屏障設計中的結構驗算[J].噪聲與振動控制,2007,27(3):97～99.

[8] 王 娟.聲屏障聲學及結構設計研究[D].沈陽：沈陽工業大學，2008.

[9] 葉 炯.高速公路聲屏障設計實例分析[J].交通標準化，2014, 42(1):8～10.

[10] JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎設計規范[S].

2016-09-22；修改日期：2016-09-29

武 林(1985-)，男，安徽太和人，碩士，安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司工程師．

TU112.594

A

1673-5781(2016)05-0640-02