箱涵結構優(yōu)化設計

第31卷第6期中外公路1522011年12月文章編號:1671- 2579(2011)06 -0152-04箱涵結構優(yōu)化設計朱浩(江西省交通設計院，江西南昌30000)摘要:對混凝土箱涵進(jìn)行了設計和驗算,同時(shí)對原箱涵的頂、底板施加預應力,進(jìn)行了有限元計算,并對原箱涵的頂.底板厚度進(jìn)行調整減薄,施加直線(xiàn)預應力.進(jìn)行有限元計算.結果表明:預應力箱涵頂,底板沒(méi)有出現拉應力。最后進(jìn)行了錨固區承壓計算,結果符合要求。關(guān)鍵詞:箱涵;預應力;優(yōu)化設計;有限元中國一般設計的箱涵最常用的跨徑大都是1~4ho=8.8 m;填土厚度: H=8 m;材料:C30,主鋼m,在5 m以上的大跨徑箱涵很少采用。隨著(zhù)中國高HRB335;材料重度:填土Y =19 kN/m' ;鋼筋混凝土等級公路的快速發(fā)展,在高等級公路的設計中,經(jīng)常會(huì )Yz=26 kN/m3 ;土的內摩擦角:p=30° ;基底置于卵石遇到設置單孔小跨徑的橋梁,若地基承載力較低,不能土上,[o]=400 kPa.滿(mǎn)足設明挖基礎的要求時(shí),通常都采用加大跨徑、增加1.2荷載計算橋孔或把橋臺基礎做成樁基礎的做法,造成工程量成(1)恒載計算倍增加,造價(jià)很高。箱涵由于對地基的承載力要求較恒載豎直壓力:低.整體性好且結構受力合理,因此可以采用施加預應pm =γH+r2δ =178 kN/m2(其中δ為頂板厚力增大箱涵的孔徑,對于特殊地質(zhì)條件下,采用變橋為度)涵的思想來(lái)減少工程造價(jià)。恒載水平壓力:頂板處:ep =γHtg*(45°-界)=50.7 kN/m21鋼筋混凝土箱涵結構設計底板處:ep2=r(H+h)tg' (45°-界)=119.11.1工程實(shí)例設計資料計算荷載:公路一I級;凈跨徑:lo=8.6 m,凈高kN/m2秦崇秦秦秦秦*秦秦秦*秦*********秦************海安來(lái)安海***徐*秦**秦南崇森秦安*東米*米*******米秦***秦來(lái)米柴秦*****米of Hysteretic Systems under Bi- Directional Ground Mo-[8]陳水生,萬(wàn)益春,野田尚昭.隔震橋梁地震響應非線(xiàn)性分tions [J]. Earthquake Engineering and Structural Dy-析[J].長(cháng)安大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2006(1).namics, 1986, 14(4): 543- 5575.[9] Ahn IS, Stuart S, Chen P E. Nonlinear Model- Based[4] HwangJ S, Sheng L H. Efctive Stiffness and Equiva-System Identification of Lead - Rubber Bearings [J].lent Damping of Base - Isolated Bridges [J]. Journal ofJournal of Structure Engineering, 2008, 134 (2): 318-Structure Engineering, 1993, 119(10):3 094- 3 101.328.[5] Jangid R s. Seismic Response of Isolated Bridge [J].[10] Jangid R S. Equivalent Linear Stochastic Seismic RJournal of Bridge Engineering, 2004, 9(2): 156- 166.sponse of Isolated Bridges [J]. Journal of Sound and[6]、郭全全,張文芳,吳桂英.中國國家大劇院結構地震分析Vibration, 2008, 309(3): 805- 822.[].工程力學(xué),2003(2).[11] Hameed A, Koo MS, ThangDD, et al. Effect of Lead[7] Kunde M C, Jangid R S. Effects of Pier and Deck Flexibil-Rubber Bearing Characteristics on the Responses ofity on the Seismic Response of Isolated Bridges J]. Jour-Seismic- Isolated Bridges [J]. 2008,12(3):187- 196.nal of Bridge Engineering, 2006, 11(1): 109- 121.[12] JTG/TI中國煤化工農設計細則[S].YHCNMHG收稨日期:2011-05-15基金項目:江西省交通廳科技項目(編號:200714)作者簡(jiǎn)介:朱浩,男,大學(xué)本科,高級工程師. E- mail: xianghong04@163. com2011年第6期朱浩:箱涵結構優(yōu)化設計153(2)活載計算V。=alaras0.45 x 10-。obho√(2+0.6P)pnfwVfa.n =主車(chē)后輪至上頂板橫向分布寬度:2 310 kN> roV.=999 kN0.6/2+(H+8)tg30°=5.5 m>1.8 m斜截面抗剪承載力滿(mǎn)足要求(各符號意義參見(jiàn)文故兩列車(chē)相鄰車(chē)軸及同列車(chē)兩兩車(chē)軸有荷載獻[1]).重疊。邊墻邊緣截面:a=1.8+1.3+1.8+ 2X10.8tg30°=17.4 m0.5X10-*arfabhoX1.25=1 468 kN> YoVs=同理,縱向0.2/2+(H+δ)tg30°=5.3 m>1.41099kN,故抗剪鋼筋按構造設置。.m,故:(3)基底應力驗算b=0.2/2+2X10.8tg30°=12.7 m荷載計算:汽車(chē)荷載垂直壓力:恒載(取單位寬度):填土重力:pi=γ.HLX1.0十_560γ(H+h)X2cX1.0=2 878. 9 kN;箱重:P2=xzV=9n=aXb= 17.4x12.7=2.5 kN/m*1 531.3 kN。汽車(chē)荷載水平壓力:活載:豎直力:px=qx LX1.0=45 kN;水平力:eqr =2.5tg2 (45°- 39)=0.83 kN/m*Ex=eqxhX1.0=9.0 kN;彎矩:Mx= Er h/2X1.01.3 混凝土箱涵配筋計算及驗算=48.6 kN●m。箱涵截面尺寸如圖1所示?；讘τ嬎?p=pr+p:+pr=4 456.2 kN80165 t.79_62016580M=Mx=48.6 kN. m_247.7kPa<[o]= 350 kPa30x30所|247. 4基底應力滿(mǎn)足設計要求。蚤員2預應力箱涵結構設計F30x3(C|2.1兩種不同 布束方式的對比計算3f |80165↓620二 7620 165 8對箱涵的頂、底板施加預應力,混凝土沒(méi)有拉應力1 800出現,可以防止混凝土開(kāi)裂,增加耐久性。圖1箱涵斷面尺寸(單 位:cm)兩種曲線(xiàn)預應力布置方式及有限元計算模型見(jiàn)圖2,計算所用尺寸參數與上面混凝土箱涵相同,根據(1)控制截面配筋計算在承載能力極限狀態(tài)組合、正常使用極限狀態(tài)短JTGD62-2004《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋期組合及正常使用極限狀態(tài)長(cháng)期組合時(shí)的配筋計算結涵設計規范》頂、底板采用C40混凝土,僅在箱涵的頂、底板布置預應力鋼束,第一種布束方式的鋼束末端果為:頂板配筋(每延米):中墻處頂板:16φ22;中、側墻不在頂.底板的中心錨固,而是偏離端部中心進(jìn)行錨固。第二種布東方式鋼束末端在頂、底板的中心進(jìn)行間頂板:7φ22;側墻處頂板:9φ22。錨固。邊墻及中墻內配筋(每延米):構造配筋。計算結果表明:在布置相同數量預應力的情況下，(2)控制截面抗剪驗算短期及長(cháng)期效應組合下的應力,兩種布束方式應力相中墻邊緣截面:差不大,混凝土單元沒(méi)有拉應力出現,均為壓應力,第0.5X10-'a; fubh。X1.25 = 817kN