箱涵结构优化设计

第31卷第6期中外公路1522011年12月文章编号:1671- 2579(2011)06 -0152-04箱涵结构优化设计朱浩(江西省交通设计院，江西南昌30000)摘要:对混凝土箱涵进行了设计和验算,同时对原箱涵的顶、底板施加预应力,进行了有限元计算,并对原箱涵的顶.底板厚度进行调整减薄,施加直线预应力.进行有限元计算.结果表明:预应力箱涵顶,底板没有出现拉应力。最后进行了锚固区承压计算,结果符合要求。关键词:箱涵;预应力;优化设计;有限元中国一般设计的箱涵最常用的跨径大都是1~4ho=8.8 m;填土厚度: H=8 m;材料:C30,主钢m,在5 m以上的大跨径箱涵很少采用。随着中国高HRB335;材料重度:填土Y =19 kN/m' ;钢筋混凝土等级公路的快速发展,在高等级公路的设计中,经常会Yz=26 kN/m3 ;土的内摩擦角:p=30° ;基底置于卵石遇到设置单孔小跨径的桥梁,若地基承载力较低,不能土上,[o]=400 kPa.满足设明挖基础的要求时,通常都采用加大跨径、增加1.2荷载计算桥孔或把桥台基础做成桩基础的做法,造成工程量成(1)恒载计算倍增加,造价很高。箱涵由于对地基的承载力要求较恒载竖直压力:低.整体性好且结构受力合理,因此可以采用施加预应pm =γH+r2δ =178 kN/m2(其中δ为顶板厚力增大箱涵的孔径,对于特殊地质条件下,采用变桥为度)涵的思想来减少工程造价。恒载水平压力:顶板处:ep =γHtg*(45°-界)=50.7 kN/m21钢筋混凝土箱涵结构设计底板处:ep2=r(H+h)tg' (45°-界)=119.11.1工程实例设计资料计算荷载:公路一I级;净跨径:lo=8.6 m,净高kN/m2秦崇秦秦秦秦*秦秦秦*秦*********秦************海安来安海***徐*秦**秦南崇森秦安*东米*米*******米秦***秦来米柴秦*****米of Hysteretic Systems under Bi- Directional Ground Mo-[8]陈水生,万益春,野田尚昭.隔震桥梁地震响应非线性分tions [J]. Earthquake Engineering and Structural Dy-析[J].长安大学学报:自然科学版,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,张文芳,吴桂英.中国国家大剧院结构地震分析Vibration, 2008, 309(3): 805- 822.[].工程力学,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中国煤化工農设计细则[S].YHCNMHG收稨日期:2011-05-15基金项目:江西省交通厅科技项目(编号:200714)作者简介:朱浩,男,大学本科,高级工程师. E- mail: xianghong04@163. com2011年第6期朱浩:箱涵结构优化设计153(2)活载计算V。=alaras0.45 x 10-。obho√(2+0.6P)pnfwVfa.n =主车后轮至上顶板横向分布宽度:2 310 kN> roV.=999 kN0.6/2+(H+8)tg30°=5.5 m>1.8 m斜截面抗剪承载力满足要求(各符号意义参见文故两列车相邻车轴及同列车两两车轴有荷载献[1]).重叠。边墙边缘截面:a=1.8+1.3+1.8+ 2X10.8tg30°=17.4 m0.5X10-*arfabhoX1.25=1 468 kN> YoVs=同理,纵向0.2/2+(H+δ)tg30°=5.3 m>1.41099kN,故抗剪钢筋按构造设置。.m,故:(3)基底应力验算b=0.2/2+2X10.8tg30°=12.7 m荷载计算:汽车荷载垂直压力:恒载(取单位宽度):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。汽车荷载水平压力:活载:竖直力:px=qx LX1.0=45 kN;水平力:eqr =2.5tg2 (45°- 39)=0.83 kN/m*Ex=eqxhX1.0=9.0 kN;弯矩:Mx= Er h/2X1.01.3 混凝土箱涵配筋计算及验算=48.6 kN●m。箱涵截面尺寸如图1所示。基底应力计算:p=pr+p:+pr=4 456.2 kN80165 t.79_62016580M=Mx=48.6 kN. m_247.7kPa<[o]= 350 kPa30x30所|247. 4基底应力满足设计要求。蚤员2预应力箱涵结构设计F30x3(C|2.1两种不同 布束方式的对比计算3f |80165↓620二 7620 165 8对箱涵的顶、底板施加预应力,混凝土没有拉应力1 800出现,可以防止混凝土开裂,增加耐久性。图1箱涵断面尺寸(单 位:cm)两种曲线预应力布置方式及有限元计算模型见图2,计算所用尺寸参数与上面混凝土箱涵相同,根据(1)控制截面配筋计算在承载能力极限状态组合、正常使用极限状态短JTGD62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥期组合及正常使用极限状态长期组合时的配筋计算结涵设计规范》顶、底板采用C40混凝土,仅在箱涵的顶、底板布置预应力钢束,第一种布束方式的钢束末端果为:顶板配筋(每延米):中墙处顶板:16φ22;中、侧墙不在顶.底板的中心锚固,而是偏离端部中心进行锚固。第二种布東方式钢束末端在顶、底板的中心进行间顶板:7φ22;侧墙处顶板:9φ22。锚固。边墙及中墙内配筋(每延米):构造配筋。计算结果表明:在布置相同数量预应力的情况下，(2)控制截面抗剪验算短期及长期效应组合下的应力,两种布束方式应力相中墙边缘截面:差不大,混凝土单元没有拉应力出现,均为压应力,第0.5X10-'a; fubh。X1.25 = 817kN