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1、高等级公路中钢筋混凝土圆管涵的受力分析赵平I方志2黄谋钊1谭冬莲2张浩江2刘三健!苏格兰1唐英旺2(1，湖南省临长高速公路建设开发有限公司;2.湖南大学土木工程学院)摘要针对目前高速公路中钢筋混凝土圆管涵普遍开裂这一现象，本文对国内现行有关规范、关}闷公跺规范及加拿大公路规范中关于钢筋混凝土圆竹涵内力计算方法进行了分析、比较和评述，提出r比较符介实际悄况的高速公路中钢筋混凝土圆管油的内力计算方法。关健词高速公路，筋混凝土伽管涵内“争析钢筋混凝土管涵具有制作方便、安装工艺简易和较好的结构受力及经济性能等优点，因而在公路及市政工程建设中得到极为广泛的应用。但是，在我国公路建设中，尤其是高等级
2、公路卜程建设中，所采用的钢筋混凝土涵管普遍出现涵管开裂现象，使得涵管部分或全部失效，影响厂已建公路的运营状态。虽然管涵属于公路工程中的附属构筑物，但一旦出现问题，由于其理深较大，将很难对其予以维修和加固，也会由于其排水不畅而可能导致路基(特别是高填路4)因地基含水量的变化而使其强度降低另外，目前对公路中圆管涵的内力计算各行业规范所采用的计算方法不尽相同，所得结果亦相差较大。为了探讨高等级公路中更符合实际受力情况的圆涵管内力计算方法，本文对国内水利工程、市政工程、公路工程和铁路工程四种国内规范11,12;131f4J及美国公路规范和加拿大国家公路规范中有关钢筋混凝土管涵内力的计算方，进行了
3、分析比较，并依据实际工程调查结果和试验资料进行了评述。几种计算方法概述高等级公路中的涵管均系上埋式涵管，一般按无压管计算，其外荷有垂直土压力、侧向土压力、乍辆荷载引起的垂直压力和侧向压力以及管_口门节自重等。然而，对同种类型涵管的荷载和内力曰口目口计算各行业规范的相关规定却不尽相同。、丙目日1.水〔规范计算方法[’}日曰!水L规范所采用的计算简图如图I所示，图-目目1#1PH.BI，分别为车辆荷载引起的土压力强度和填.‘上土压力强度1.1.1荷载计算图1涵管计算简图川垂直土压力计算按公式(1)计算:‘。二BBD1=CAYsD'(1)266式中:仇—土压力集中经验系数，与地基土壤种类,h厂
4、D:以及涵管突出比a。有关，这里ao定义为a。二CID,,C的意义参见图I;Y,填土容重;D,—管外径;h.—管顶以上填土高度。(2)侧向土压力采用r.K.克列恩的矩形分布假定[5j，其合力大小按公式(2)计算‘。=D,aoy,Hotan2(450一9/2)(2)式中:D,,Yr,a。含义同(1.2)式;Ho—填土表面至管中心距离;9-填土内摩擦角。(3)地面车辆荷载地面车辆荷载按300压力分布角在土壤中均匀分布;(4)管节自重管节自重为沿管壁中心线垂直向下的均布荷载。1A.2内力计算水工设计手册[61的内力计算是采用r.K.克列恩提出的计算方法[5]:支点反力的计算按照温克勒假设，确定
5、土坡支点反力的变化曲线(对于刚性座垫地基系数为一常数)，根据不同外荷载及不同涵管奠基的方法，将管环三个控制截面的弯矩及法向力系数计算出来。以管径d二150cm,8二14cm及d=125cm,a=12cm的涵管(d为管内径)为例分别计算20=900刚性座垫基础、2笋=900弧形土基和平基敷管三种涵管的内力计算结果比较，如图2和图3所示;刚性座垫基础中心含角分别为2"二900,2价=1350,2$二1800的内力结果如图4和图5所示‘，叨90~OeZ户.eo0”侧】.(加.二t五夏︸当翔知裂裂和带加常犯加叹10试，之匀挤于。01234，‘78923456789幼土离度h《.)坟土离度机加)图
6、2平基效管与刚性座垫及弧形土基的图3圆心角变化时刚性座垫的M-h.曲线比较(d二1.5m.8=14am)(d=1.5..8二14fan)从图2、图3、图4和图5可以看到，在相同的荷载和中心含角的倩况下，由于刚性座垫上的支点反力小于在弧形土基相应点上所发生的土壤反力，因而，刚性座垫上的涵管截面内力要比弧形土基和平基上涵管截面内力小，因此，刚性座垫上涵管的静力工作条件较之弧形土基更为有利;在相同的主动荷载作用下，若支承接触面中心含角愈大，则在相同位置上的支点反力将愈小，从而截面内力亦愈小;在相同的填土高度、相同的奠基型式下管径d二150cm,8=14cm267的管涵内力比管径d二125cm,
7、S二12cm要大，即前者约为后者的1.5倍。-o-2户.900︵.︵:至百︶︶知、以翔护常一，，67召9坟土离度石(.)土高度舀。(’)图4平墓敷管与刚性座垫及弧形土基的图5圆心角变化时刚性座垫的M-h.曲线比较(d二1.25.,8二12-)(d二1.25..8二12-)由图2一图5可知，在填土高度较小(hs}1.2m)时涵管内力随着h、的增大而减小，而在h=>1.2m后涵管内力随着h。增大而增大，因而涵管在覆土高度大约为1.2m时
