山区高速公路预制涵洞受力特性分析

李德生，胡贤松

(贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳　550008)



山区高速公路预制涵洞受力特性分析

李德生，胡贤松

(贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳550008)

摘要：我国交通建设速度不断加快，高速公路的建设的水平也随之提高。而山区高速公路涵洞设计施工对于山区高速公路的顺利建设有着重要的影响。如今预制涵洞越来越多的被应用到山区高速公路建设中，但其施工特点、受力特性等都值得进一步分析，才能够更好地应用到未来的山区高速公路施工中。

关键词：山区；高速公路；预制涵洞；受理特性

1山区高速公路预制涵洞受力特性分析

1.1几何模型

在该工程的任务操作过程当中，用现场的数值作为计算机的几何模拟参考条件所得到的预制装配制涵洞的断面图如图1所示。

图1　涵洞断面示意图(m)

实际分析过程中采用15节点三角形对涵洞的平面模型进行了网格划分来简化，进行简化后的平面模型计算时必须要考虑边坡和填土，填土和涵洞之间的两两磨擦作用关系并在接触面使用接触单元而模型底部采用固定约束模拟基岩，模型左右边界采用水平向约束。

1.2材料参数及本构模型

对于涵洞的的基础以及岩石的边角采用物理的理想模型进行建造分析，对于地基等基础建设类型采用理想弹塑性模型，由于地基和填土此类的材料属于散体材料类型，所以此类物质的抗压能力远远超过了其抗压的能力，所以，在此类物质受到剪切性的弹性形变时，其颗粒物质会发生膨胀作用。用Cosserat连续介质的Mohr—Coulomb屈服准则描述相关的物质的强度如表1所示。

表1　相关物质的计算参数

1.3受力分析

(1)涵洞周围的黏土压力

对于涵洞的周围的黏土的压力进行分析，首先就应该确定相关涵洞的受力问题，通过数值模拟得到的相关数据如图2所示。

图2　涵周土压力分布

从图3可以看出。相关的压力主要是集中在靠近盖板位置的两端，其着力的位置的受力是其余位置的1.2倍左右，由于相关的盖板的弹性形变造成的卸荷作用就是造成这样差异的最主要愿意之一。此外，由于左右的边坡具有着不同的坡度和边坡距离，所以具体的受力情况也有不同，在相关的文献规定中，对压力计算存在过于保守的现象，例如，在《公路圬工桥涵设计规范》( JTGD61 X005 )中的相关的压力计算就存在过于保守的情况，这也就使得涵洞的结构设计不安全。所以，在对涵洞的受力进行分析时，应该通过精确的计算加上数值修正，才能得到合理的受力情况。为后续的施工奠定基础。

(2)涵体结构内力

涵洞洞体在压力作用之下，除了应该对其结构内力进行分析之外，还要对其结构剪力和弯矩分布进行分析，才能更好的得到受力的特性，其结构剪力和弯矩分布如图3和图4所示。

图3　单位长度涵体剪力

图4　单位长度涵体弯矩

由上述两图可以看出，黏土在压力的作用之下，其洞侧的剪力上部较小而下部较大，随着侧墙的水平压力不同，相应的剪切力的大小也有所变化，而通过对于弯矩的分析可以看出，盖板的剪切力主要集中在基座的位置。

(3)基础连接位置的相关数值的运算

2结束语

预制涵洞在实际应用中确实体现了较为明显的优势，随着预制涵洞施工方法的普及，在越来越多的山区高速公路修建中应用也是未来交通建造行业发展的必然。但是还需要对预制涵洞在不同环境下的安全性进行研究评估，必须要严格对预制涵洞的施工进行计算，从而有效提升预制涵洞的在实际工程中的应用范围。

参考文献：

[1]马强,郑俊杰,张军. 山区涵洞受力影响因素的数值模拟分析[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版)，2011，(10).

[2]顾安全,吕镇锋,姜峰林,杨忠. 高填土盖板涵EPS板减荷试验及设计方法[J]. 岩土工程学报，2011，(10).

[3]郑俊杰,陈保国,张世飙. 沟埋式涵洞非线性土压力试验研究与数值模拟[J]. 岩土工程学报，2010，(12).

[4]程海涛,柳学花. 涵—土性状离心模型试验研究[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

中图分类号：U449

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)03-0083-02

作者简介：李德生(1986-)，贵州毕节人，本科，研究方向：高速公路施工。

收稿日期：2015-08-08