高填方涵洞结构设计新方法[1]
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0.045 m<0.6
ty:0.6×T0.4:0.12
m
r。=1.92
m=8
k=~0.04.34/12=0.115
k———————』型善———————一
单位:cm
图3
原涵洞结构设计
1+(黹)2 d=一=————■■■■■_= 一善=蔫=U“.86”/
.60
1+(罢)2
式中,y。为材料安全系数;扎为弯矩平面内截面的
11.5/1.92)×10~:2
Ⅳ,=260.7
kN(安全)
4原设计与新设计比较
施研究[J].西安公路学院学报,1989,9(3):25—33. [8]孙家驷.公路小桥涵勘察设计[M].北京:人民交通出 版社,2006. [9]车宏亚.涵洞和水管结构设计[M].北京:水利电力出 版社,1958. [10]公路桥涵设计手册编写组.涵洞(公路设计手册)[M]. 北京:人民交通出版社,1(t97.
所以在涵洞顶部填筑压缩性比填土大的柔性填料相当于减小了涵洞刚度可促使一d的形成图2从而使涵洞两侧外土柱对洞顶内土柱向下的附加不利摩擦力变为向上的有利摩擦力即通过洞顶卸荷填料引起填土中变形调整促使填土中产生土拱效应亦即使外土柱协调涵洞共同承担内土柱的自重压力达到减小涵顶垂直土压力之目的2
公路交通技术2009年6月
certain expressway, taken
this paper figures out new structural design for culvert after the load shedding measures with the original culvert
SO
and
compares after
第3期Technology
of Highway and Transport
Jun.2009
No.3
高填方涵洞结构设计新方法
黄文强
(唐山市交通勘察设计院有限公司,河北唐山063000) 摘要:以某高速公路高填方涵洞应用减荷措施为例,对采取减荷措施情况下的涵洞进行新的结构设计,并与原有 涵洞进行对比,以此证明按采取减荷措施进行涵洞设计的实际意义与经济价值。 关键词:高填方涵洞;EPS;减荷;涵洞设计 文章编号:1009—6477(2009)03一0111—03 中图分类号:U449.8 文献标识码:A
将采用减荷措施设计的新涵洞与原涵洞进行对 比,从而证实新涵洞设计方法的经济价值,见表1。 从表1可以看出,采用减荷措施后重新设计的 涵洞造价,比原设计涵洞几乎省了一半,工期也可提
前,经济效益甚为可观。
万方数据
日i=179.8 3.2 957 kN>
kN(安全)
拱脚断面 N=Hcosq~+Vsin垡名=379.76×cos67.8+
790.68×sin67.380=875.92 kN
M=1.76 kN・m
e。:警:去朵:o.002 m<o.6×掣: 2百2百了亨_苑2 m<u・×—r
eo
u。
2
5结语 结合采取减荷措施,以试验涵洞为例,提出新的
2)由《公路砖石混凝土桥涵设计规范》(JTJ 022—85)第3.0.2—2条,可得 弘A冠/r。=(0.95×20.999
7×0.4×1萨×
280 kN>
[6]顾安全,金滨,冯瑞玲.减荷措施在高填土涵洞中的 应用研究[cl//中国岩石力学与工程学会第七次学术 大会论文集.北京:中国科学技术出版社,2002. [7]王晓谋,顾安全.关于上埋式管道垂直土压力的减荷措
众所周知,影响上埋式构筑物垂直土压力的因素
很多、变化很大,且各个因素之间又互相影响。鉴于
此,1963年顾安全教授…曾提出用一个综合陛参数艿
的大小,即管顶平面内外土柱沉降差,来表示各因素 对涵顶垂直压力的影响。当涵顶平面外土柱沉降大于 内土柱时,沉降差为+艿(图1),涵顶垂直土压力将大
2
收稿日期:2008—12—15 作者简介:黄文强(1970一),男,河北省唐山市人,本科,工程师
as to certify the practical significance
and
economic value of the culvert
design
load shedding measures are taken. Key words:hi【gh—fill culvert;EPS:load shedding;culvert
0.12 m
符合规定。
i一(鱼)m V
乜=
1+(鱼)2
rm
:翦1(0"0 2/8-o.哟7
一…黑)2~一”。
7×0.4×1驴×11.5/1.92)× kN(安
1
涵洞结构设计方法。结果表明,按采取减荷措施设 计的涵洞具有足够的安全性和显著的经济效益,可 为以后的工程设计提供借鉴。
参考文献
[1]顾安全.上埋式管道垂直土压力的研究[D].西安:中国 科学技术研究所,1963. [2]顾安全,郭婷婷,王兴平.高填土涵洞(管)采用EPS板 减荷的试验研究[J].岩土工程学报,2005(5):500—
New Method for Structural Design of High—fill Culvert
HUANG Wenqiang
Abstract:Based
on
the example of load shedding measures applied in high-fill culvert
onБайду номын сангаасa are
涵顶填土的沉降差过小,从而致使EPS板减荷效果
不明显。
1减荷措施
2),从而使涵洞两侧外土柱对洞顶内土柱向下的附 加不利摩擦力,变为向上的有利摩擦力,即通过洞顶 卸荷填料引起填土中变形调整,促使填土中产生土
拱效应,亦即使外土柱协调涵洞共同承担内土柱的 自重压力,达到减小涵顶垂直土压力之目的[2“]。 涵洞设计‘5.7】
design
高填方涵洞结构设计的依据是垂直土压力,因 为填方比较高,可不考虑动荷载的影响,故垂直土压 力是计算结构断面尺寸的控制因素。现行《公路桥 涵设计手册》对于拱顶垂直土压力仍采用土柱压力 法,设计人员为了保证涵洞不被压裂甚至压坏,不惜
加大安全系数,加大结构尺寸,这就造成了工程上的 极大浪费。鉴于此,对高填土涵洞在这里提出一种
0.4
X
106×11.5/1.92)×10一=2
077
kN>q=
面67.38丌_5.6 m,故有卢=瓦to=百0.36S=写≠=
I.
2麴 单位:cm
.
图4新结构设计
3
结构计算[s-lo]
炉i下砑
的高度;9为拱脚处轴线水平倾角。
J
=0.942
式中,A为截面面积;砭为抗压极限强度;碰为抗压 极限强度;S为拱轴线长度;9为荷载组合系数;口 为局部承压提高系数;h。为矩形截面在弯曲平面内 4)由《公路砖石混凝土桥涵设计规范》(JTJ 022-85)第3.0.2—3条,可得
万方数据
112
公
路
交
通
技
术
2009丘
图2
沉降差一艿
原涵洞设计尺寸见图3,基础及洞身为现浇水
泥混凝土,拱圈及拱肩采用块石砌筑,涵洞全长
121
m,填土高度28
m。
通过在涵洞洞身铺设EPS板减荷材料,从而减
小洞身承受的土压力,减小涵洞的结构断面尺寸,见 图4。
022—85)第4.2.1条,可得拱顶e。=等=黼=
504.
1)由《公路砖石混凝土桥涵设计规范}(JTJ 022—85)第3.0.2—1条,可得
耐磁/Fm=(o.999
全)
9=
10-3=2 395 kN>Ⅳ:260.7
1+o.(102×5.砰×[1+1.33‘丽0.1302)2]一
0.952
[3]赵金明.EPS板减荷措施在离填土拱涵上的应用研究 [D].西安:长安大学,2007. [4] 折学森.填埋式管道垂直土压力的计算[J].西北建筑 工程学院学报,1993(1):28—34. [5]王晓谋,顾安全.上埋式管道垂直土压力减荷措施[J]. 岩土工程学报,1990,12(3):84—89.
增大;反之,凡引起+艿减小的因素,都将使涵顶土
压力减小。因此,要想减小洞顶的垂直土压力,即 仃,,<7H,就要使涵洞顶平面沉降差由+艿变为一艿。
对于刚性涵洞,之所以涵顶盯。>徊,就在于涵洞本
身的刚度大于两侧同高度填土的刚度,两者刚度的 差值越大,引起的+艿就越大,附加土压力也就越
大。所以,在涵洞顶部填筑压缩性比填土大的柔性填 料,相当于减小了涵洞刚度,可促使一d的形成(图
于涵顶土柱压力(盯。>旭);相反,则为一艿,口。<7//。
图1
沉降差+d
凡是引起+d增大的因素,都会使涵顶土压力
新的设计方法,即结合洞顶与}同侧同时铺EPS板作 为减荷措施来设计高填土涵洞,以减小涵洞的结构 断面尺寸,降低工程造价。 此方法适用于填土高度大于12 In的拱涵、盖板
涵和圆管涵。当填土高度过小时,涵洞两侧填土与
3.1拱顶断面 对于采取减荷措施情况下的涵洞垂直土压力计
算,采用顾安全教授曾提出的公式:
巩:川怛!:坐!!:尘笠堕坐到
L
∞c曰(1一,u2)EhE。+h’EhE
万方数据
2009年
第3期
黄文强:高填方涵洞结构设计新方法
表1新旧涵洞工程量及造价比较
113
似A砭/r。=(0.942×0.867×0.4×100× 11.5/1.92)×10~:1
ty:0.6×T0.4:0.12
m
r。=1.92
m=8
k=~0.04.34/12=0.115
k———————』型善———————一
单位:cm
图3
原涵洞结构设计
1+(黹)2 d=一=————■■■■■_= 一善=蔫=U“.86”/
.60
1+(罢)2
式中,y。为材料安全系数;扎为弯矩平面内截面的
11.5/1.92)×10~:2
Ⅳ,=260.7
kN(安全)
4原设计与新设计比较
施研究[J].西安公路学院学报,1989,9(3):25—33. [8]孙家驷.公路小桥涵勘察设计[M].北京:人民交通出 版社,2006. [9]车宏亚.涵洞和水管结构设计[M].北京:水利电力出 版社,1958. [10]公路桥涵设计手册编写组.涵洞(公路设计手册)[M]. 北京:人民交通出版社,1(t97.
所以在涵洞顶部填筑压缩性比填土大的柔性填料相当于减小了涵洞刚度可促使一d的形成图2从而使涵洞两侧外土柱对洞顶内土柱向下的附加不利摩擦力变为向上的有利摩擦力即通过洞顶卸荷填料引起填土中变形调整促使填土中产生土拱效应亦即使外土柱协调涵洞共同承担内土柱的自重压力达到减小涵顶垂直土压力之目的2
公路交通技术2009年6月
certain expressway, taken
this paper figures out new structural design for culvert after the load shedding measures with the original culvert
SO
and
compares after
第3期Technology
of Highway and Transport
Jun.2009
No.3
高填方涵洞结构设计新方法
黄文强
(唐山市交通勘察设计院有限公司,河北唐山063000) 摘要:以某高速公路高填方涵洞应用减荷措施为例,对采取减荷措施情况下的涵洞进行新的结构设计,并与原有 涵洞进行对比,以此证明按采取减荷措施进行涵洞设计的实际意义与经济价值。 关键词:高填方涵洞;EPS;减荷;涵洞设计 文章编号:1009—6477(2009)03一0111—03 中图分类号:U449.8 文献标识码:A
将采用减荷措施设计的新涵洞与原涵洞进行对 比,从而证实新涵洞设计方法的经济价值,见表1。 从表1可以看出,采用减荷措施后重新设计的 涵洞造价,比原设计涵洞几乎省了一半,工期也可提
前,经济效益甚为可观。
万方数据
日i=179.8 3.2 957 kN>
kN(安全)
拱脚断面 N=Hcosq~+Vsin垡名=379.76×cos67.8+
790.68×sin67.380=875.92 kN
M=1.76 kN・m
e。:警:去朵:o.002 m<o.6×掣: 2百2百了亨_苑2 m<u・×—r
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u。
2
5结语 结合采取减荷措施,以试验涵洞为例,提出新的
2)由《公路砖石混凝土桥涵设计规范》(JTJ 022—85)第3.0.2—2条,可得 弘A冠/r。=(0.95×20.999
7×0.4×1萨×
280 kN>
[6]顾安全,金滨,冯瑞玲.减荷措施在高填土涵洞中的 应用研究[cl//中国岩石力学与工程学会第七次学术 大会论文集.北京:中国科学技术出版社,2002. [7]王晓谋,顾安全.关于上埋式管道垂直土压力的减荷措
众所周知,影响上埋式构筑物垂直土压力的因素
很多、变化很大,且各个因素之间又互相影响。鉴于
此,1963年顾安全教授…曾提出用一个综合陛参数艿
的大小,即管顶平面内外土柱沉降差,来表示各因素 对涵顶垂直压力的影响。当涵顶平面外土柱沉降大于 内土柱时,沉降差为+艿(图1),涵顶垂直土压力将大
2
收稿日期:2008—12—15 作者简介:黄文强(1970一),男,河北省唐山市人,本科,工程师
as to certify the practical significance
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economic value of the culvert
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load shedding measures are taken. Key words:hi【gh—fill culvert;EPS:load shedding;culvert
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符合规定。
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7×0.4×1驴×11.5/1.92)× kN(安
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涵洞结构设计方法。结果表明,按采取减荷措施设 计的涵洞具有足够的安全性和显著的经济效益,可 为以后的工程设计提供借鉴。
参考文献
[1]顾安全.上埋式管道垂直土压力的研究[D].西安:中国 科学技术研究所,1963. [2]顾安全,郭婷婷,王兴平.高填土涵洞(管)采用EPS板 减荷的试验研究[J].岩土工程学报,2005(5):500—
New Method for Structural Design of High—fill Culvert
HUANG Wenqiang
Abstract:Based
on
the example of load shedding measures applied in high-fill culvert
onБайду номын сангаасa are
涵顶填土的沉降差过小,从而致使EPS板减荷效果
不明显。
1减荷措施
2),从而使涵洞两侧外土柱对洞顶内土柱向下的附 加不利摩擦力,变为向上的有利摩擦力,即通过洞顶 卸荷填料引起填土中变形调整,促使填土中产生土
拱效应,亦即使外土柱协调涵洞共同承担内土柱的 自重压力,达到减小涵顶垂直土压力之目的[2“]。 涵洞设计‘5.7】
design
高填方涵洞结构设计的依据是垂直土压力,因 为填方比较高,可不考虑动荷载的影响,故垂直土压 力是计算结构断面尺寸的控制因素。现行《公路桥 涵设计手册》对于拱顶垂直土压力仍采用土柱压力 法,设计人员为了保证涵洞不被压裂甚至压坏,不惜
加大安全系数,加大结构尺寸,这就造成了工程上的 极大浪费。鉴于此,对高填土涵洞在这里提出一种
0.4
X
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3
结构计算[s-lo]
炉i下砑
的高度;9为拱脚处轴线水平倾角。
J
=0.942
式中,A为截面面积;砭为抗压极限强度;碰为抗压 极限强度;S为拱轴线长度;9为荷载组合系数;口 为局部承压提高系数;h。为矩形截面在弯曲平面内 4)由《公路砖石混凝土桥涵设计规范》(JTJ 022-85)第3.0.2—3条,可得
万方数据
112
公
路
交
通
技
术
2009丘
图2
沉降差一艿
原涵洞设计尺寸见图3,基础及洞身为现浇水
泥混凝土,拱圈及拱肩采用块石砌筑,涵洞全长
121
m,填土高度28
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通过在涵洞洞身铺设EPS板减荷材料,从而减
小洞身承受的土压力,减小涵洞的结构断面尺寸,见 图4。
022—85)第4.2.1条,可得拱顶e。=等=黼=
504.
1)由《公路砖石混凝土桥涵设计规范}(JTJ 022—85)第3.0.2—1条,可得
耐磁/Fm=(o.999
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9=
10-3=2 395 kN>Ⅳ:260.7
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0.952
[3]赵金明.EPS板减荷措施在离填土拱涵上的应用研究 [D].西安:长安大学,2007. [4] 折学森.填埋式管道垂直土压力的计算[J].西北建筑 工程学院学报,1993(1):28—34. [5]王晓谋,顾安全.上埋式管道垂直土压力减荷措施[J]. 岩土工程学报,1990,12(3):84—89.
增大;反之,凡引起+艿减小的因素,都将使涵顶土
压力减小。因此,要想减小洞顶的垂直土压力,即 仃,,<7H,就要使涵洞顶平面沉降差由+艿变为一艿。
对于刚性涵洞,之所以涵顶盯。>徊,就在于涵洞本
身的刚度大于两侧同高度填土的刚度,两者刚度的 差值越大,引起的+艿就越大,附加土压力也就越
大。所以,在涵洞顶部填筑压缩性比填土大的柔性填 料,相当于减小了涵洞刚度,可促使一d的形成(图
于涵顶土柱压力(盯。>旭);相反,则为一艿,口。<7//。
图1
沉降差+d
凡是引起+d增大的因素,都会使涵顶土压力
新的设计方法,即结合洞顶与}同侧同时铺EPS板作 为减荷措施来设计高填土涵洞,以减小涵洞的结构 断面尺寸,降低工程造价。 此方法适用于填土高度大于12 In的拱涵、盖板
涵和圆管涵。当填土高度过小时,涵洞两侧填土与
3.1拱顶断面 对于采取减荷措施情况下的涵洞垂直土压力计
算,采用顾安全教授曾提出的公式:
巩:川怛!:坐!!:尘笠堕坐到
L
∞c曰(1一,u2)EhE。+h’EhE
万方数据
2009年
第3期
黄文强:高填方涵洞结构设计新方法
表1新旧涵洞工程量及造价比较
113
似A砭/r。=(0.942×0.867×0.4×100× 11.5/1.92)×10~:1