大型钢筋混凝土箱涵不设置沉降缝的分析研究

陈华良

（中国水利水电第四工程局有限公司，青海 西宁 810000）

1 工程概况

安哥拉共和国某高速公路中某箱涵采用10孔形式，涵长67.709m，每孔净高3m，宽8m，顶板厚65cm，底板厚65cm，墙厚30cm。在10孔中间处设置涵长方向沉降缝一道，其余再无设置沉降缝。箱涵采用270/20强度混凝土，与国内标准C30混凝土对应。

2 设计规范

《公路涵洞设计细则》第8.1.4条规定：在涵身中部应设置沉降缝一道。在涵身长度超过20m时，可视具体情况每隔6m左右再设沉降缝。同时《公路砖石混凝土桥涵设计规范》第6.0.3条规定：除设置在岩石地基上的涵洞外，涵洞的洞身及基础应根据地基土的情况，可每隔4～6 m设置沉降缝；高路堤下的涵洞，在路基边缘下洞身及基础应设置沉降缝。沉降缝应用沥青麻絮或其它有弹性的不透水材料堵塞。2个规范均规定视情况每隔6m左右需要设置沉降缝一道。

3 建模计算分析

结合安哥拉该项目涵洞实例，本文做了一个纵向计算，以此来讨论不设沉降缝或少设沉降缝的可能性，该涵洞的设计见图1。

图1 涵洞设计图

涵洞为10-8╳3m钢筋混凝土箱涵，在中间设置涵长方向沉降缝一道，其余再无设置沉降缝，因此取一半即5-8╳3作为计算模型。涵洞的涵长67.709m，交角105度，填土高度5m，涵洞底部土质为天然砂砾石。采用midas Civild 梁格法建模，模型横向分为5片梁，中间用虚拟横梁连接，模型见图2。

图2 虚拟模型图

整个涵洞纵向模拟为弹性地基梁（空心梁），用弹性连接模拟边界条件。

3.1 荷载

上部荷载：填土容重18Kn/m3，边梁中部填土均布荷载取（18×196×5）/44.5=396.4Kn/m；边梁边部边坡部分荷载取线性荷载0～396.4；中梁中部填土荷载取（18×370×5）/44.5=748.3Kn/m，中梁边部边坡部分荷载取线性荷载0～748.3。

温度荷载：取整体温度升温15Fo，降温15Fo。

活荷载：由于模型为5-8*3箱涵，涵洞宽度41.9m，涵长67.709m，因此计算采用车道荷载而未采用车辆荷载。

3.2 计算结果

计算结果见图3、图4、图5。

图3 正截面抗弯承载能力验算结果图形

承载能力极限状态计算：

图表中可知最大弯矩s= 6419.6KN·m，对应抗力R=81043 KN·m。

由此可得，γos（结构重要性系数作用效应的组合设计最大值）＜R（构件承载力设计值），满足规范要求。

图4 斜截面抗剪承载能力验算结果图形

承载能力极限状态计算：

以及斜截面抗剪能力计算：

斜截面承载验算时，斜截面水平投影长度C=0.6mh0;

图表中可知最大剪力Vd= 2089KN，对应抗力R=46493 KN。

由此可得，结构重要性系数作用效应的组合设计最大值均小于构件承载力设计值，满足规范要求。

图5 抗扭承载能力验算—T结果图形

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）承载能力极限状态计算：

以及抗扭承载能力计算：

图表中可知最大扭矩Td= 22938 KN·m，对应抗力R=4994 6 KN·m;相应剪力为1352KN，对应抗剪承载力为4650KN。

由此可得，结构重要性系数作用效应的组合设计最大值均小于构件承载力设计值，满足规范要求。

4 结论

根据计算结果显示，该箱涵在纵向抗弯、抗剪、抗扭的验算均满足规范要求，因此可以在纵向上不设置沉降缝。以此得出结论，钢筋混凝土箱涵只要涵身强度满足要求，可以不设置或少设置沉降缝。

涵身沉降缝施工很麻烦，并且填缝很难保证不渗水，沉降缝两侧的涵身往往错位，影响实际使用效果。砖石混凝土或素混凝土涵洞由于涵身强度低，混凝土抗拉强度低，所以需要每隔4-6m设置沉降缝一道，但是钢筋混凝土涵洞由于钢筋的作用，涵身强度大大增强，所以在涵身强度满足验算要求的情况下可以不设置沉降缝。涵洞沉降缝的设置与否与涵身强度有关，是根据涵洞的纵向计算确定的。