仵衛(wèi)東

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和高速公路的大量建設(shè)，蓋板涵以其剛度較大，變形較小、構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低等很多優(yōu)點(diǎn)，在全國(guó)范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)蓋板涵，運(yùn)用現(xiàn)行規(guī)范的設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并提出一些自己的見(jiàn)解。

本文以忻保高速公路K188+774.0蓋板涵洞設(shè)計(jì)為例進(jìn)行論述。

1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1)汽車(chē)荷載:公路—Ⅰ級(jí);2)設(shè)計(jì)洪水頻率:1/100;3)地震基本烈度:6度;4)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g;5)布載寬度為20 m; 6)涵頂填土高度為3.6 m，蓋板單側(cè)擱置長(zhǎng)度為30 cm，凈跨徑為4 m，蓋板厚度為37 cm，具體尺寸如圖1所示;7)土容重為18 kN/m3，蓋板容重為25 kN/m3，基底實(shí)測(cè)承載壓應(yīng)力為280 kPa。

2 設(shè)計(jì)規(guī)范

1)中華人民共和國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范;2)中華人民共和國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)JTGD61-2005公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范;3)中華人民共和國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范;4)中華人民共和國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)JTG D63-2007公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范。

3 基礎(chǔ)埋置深度

根據(jù)當(dāng)?shù)乇鶅錾疃纫?，小橋涵的基礎(chǔ)埋置深度均在1.75 m以下。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 蓋板計(jì)算

1)恒載內(nèi)力計(jì)算。

系數(shù)取值:K=1.228 952;

恒載產(chǎn)生的支座剪力 V恒=(q土+q自)×凈跨徑/2= 178.037 6 kN;

恒載產(chǎn)生的跨中彎矩M恒=1/8×(q土+q自)×(計(jì)算跨徑)2= 205.744 7 kN·m。

2)活載計(jì)算。

設(shè)計(jì)荷載等級(jí):公路一級(jí);

布載寬度20 m。

用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求得設(shè)計(jì)荷載作用下蓋板上產(chǎn)生的最大彎矩和剪力:

沖擊力系數(shù)U=0;

最大彎矩M設(shè)=M設(shè)×(1+U)=30.532 51×(1+0)= 30.532 51 kN·m;

最大剪力V設(shè)=V設(shè)×(1+U)=26.420 77×(1+0)= 26.420 77 kN。

3)荷載組合。

a.承載能力極限狀態(tài)效應(yīng)組合:

b.正常使用極限狀態(tài)效應(yīng)組合:

短期組合Msd=M恒+0.7×M設(shè)=227.117 5 kN·m;

長(zhǎng)期組合Mld=M恒+0.4×M設(shè)=217.957 7 kN·m。

4)構(gòu)件計(jì)算。

a.正截面強(qiáng)度計(jì)算:

截面有效高度h0=33 cm;蓋板寬度b=100 cm;蓋板抗壓強(qiáng)度f(wàn)cd=13.8 MPa;鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)sd=280 MPa。

按JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第5.2.2-1和5.2.2-2公式，計(jì)算最小鋼筋截面積As。

由r0×Md≤fcd×b×x×(h0-x/2)，可得x;

由fsd×As=fcd×b×x，可得As;

x=63.3≤ξb×h0=184.8，截面受壓高度符合要求。

根據(jù)計(jì)算需要受拉鋼筋的最小截面積As=3 120.517 mm2，

在涵洞中設(shè)計(jì)的受拉鋼筋的截面積Ar=4 712.389 mm2，

實(shí)際鋼筋截面積Ar=4 712.4 mm2≥最小鋼筋截面積As= 3 120.5 mm2，正截面強(qiáng)度滿足要求。

b.斜截面強(qiáng)度計(jì)算:

由JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第5.2.9條計(jì)算:

0.51 ×10-3×sqr(fck)×b×h0=921.8 kN＞r0×Vd=225.6 kN，因此截面尺寸滿足要求。

5)裂縫驗(yàn)算。

符合JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范第6.4.2條規(guī)定。

4.2 涵臺(tái)計(jì)算

1)設(shè)計(jì)荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算:

計(jì)算水平土壓力產(chǎn)生的彎矩:

涵臺(tái)基礎(chǔ)距路面高度H=8 m;破壞棱體長(zhǎng)L=4.66 m;荷載布置寬度為20 m;布載長(zhǎng)度為4.66 m;等代土層為0.65 m。

涵臺(tái)剪力Qa=土容重×(蓋板厚度+蓋板距路面高度+等代土層)=27.75 kN;

涵臺(tái)剪力Qb=土容重×(H+等代土層)=52.35 kN;

涵臺(tái)高度h1=333 cm;支座處的反力:Ra=(2×Qa+Qb)× h1/659.862 kN，Rb=(Qa+2×Qb)×h1/673.5 kN。

最大彎矩發(fā)生位置Xmax=1.75m;最大彎矩Mmax=55.66 kN·m。

計(jì)算垂直力產(chǎn)生的彎矩與剪力:

總剪力P=262.2 kN;

總彎矩M=-26.4 kN·m;

組合總彎矩Mj=46.243 46 kN·m，總剪力Nj=314.6 kN;

e0=Abs(Mj/Nj)，Mj=46.243 46 kN·m，Nj=314.634 9 kN;

偏心距e0=0.15 m≤0.3 m，滿足要求。

rw=0.289×涵臺(tái)頂寬度/2/100=0.14 m;

hw=涵臺(tái)頂寬度=100 cm;

b=1×(涵臺(tái)高度-蓋板厚度)/hw=3.33 cm;

臺(tái)身抗壓強(qiáng)度=14.5 MPa，ym=2.31;

tNj=a×涵臺(tái)頂寬度/100×1×臺(tái)身抗壓強(qiáng)度 ×103/ym= 3 085.061 kN。

按荷載效應(yīng)函數(shù)計(jì)算得出的縱向力=3 085.061 kN＞Nj=

314.634 9 kN，所以涵臺(tái)強(qiáng)度滿足要求。

按荷載效應(yīng)函數(shù)計(jì)算并考慮縱向彎曲系數(shù)得出的縱向力= 3 069.19 kN＞Nj=314.634 9 kN，所以涵臺(tái)穩(wěn)定性滿足要求。

2)基底應(yīng)力驗(yàn)算:

P總=496.661 6 kN，M總=33.49 kN，a=基礎(chǔ)底寬×1/100= 2.2 m，W=1×(基礎(chǔ)底寬)2/6/10 000=0.8;

地基應(yīng)力δmax=P總/a+M總/W=267.27 kPa;

地基應(yīng)力δmin=P總/a-M總/W=184.23 kPa;

基底產(chǎn)生最大應(yīng)力為δmax=267.27 kPa，小于基礎(chǔ)實(shí)測(cè)承載力280 kPa，滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

原先蓋板涵的設(shè)計(jì)適用前提是填土高度小于7.5 m，蓋板的尺寸和配筋的確定均以參照通用圖為準(zhǔn)。一般情況下高填涵采用鋼筋混凝土拱涵，但是鋼筋混凝土拱涵造價(jià)較高，施工復(fù)雜，且容易開(kāi)裂。隨著新規(guī)范的實(shí)施以及高填土涵洞的不斷出現(xiàn)，在保證安全經(jīng)濟(jì)的情況下我們對(duì)涵洞蓋板結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。目前，蓋板涵已經(jīng)突破到填土高度20 m，蓋板的配筋也越來(lái)越復(fù)雜，設(shè)置了縱向彎起鋼筋(見(jiàn)圖2)，在填土高度小于或者等于20 m范圍內(nèi)可以完全替代鋼筋混凝土拱涵。因此，在保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提下，蓋板涵的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

［1］ 趙 亙，李 勃.現(xiàn)行規(guī)范下蓋板涵蓋板的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法［J］.黑龍江科技信息，2008(20):66-67.

［2］ 重慶海特科技發(fā)展有限公司.PCVX公路涵洞CAD［Z］. 2005.