高填方涵洞减荷措施有限元计算分析

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1、奎望垫查±兰笙塑TechnologyofHighwayandTransportApr．2014No．2高填方涵洞减荷措施有限元计算分析赵金明(唐山市交通勘察设计院有限公司，河北唐山063000)摘要：对采用减荷措施的高填方涵洞进行有限元计算，分析其在此条件下的垂直土压力、侧向土压力及基底土压力，以此证明采取减荷措施进行涵洞设计的意义与经济价值。关键词：高填方涵洞；减荷；有限元计算文章编号：1009—6477(2014)02—0053—05中图分类号：U442．5文献标识码：BFiniteElementComp

2、utationandAnalysisforLoad—-reducingMeasuresforHigh—fillCulvertsZHA0JinmingAbstract：ThispapercarriesoutfiniteelementComputationforhigh一llculvertsadoptingload—reducingmeasuresandanalyzesverticalearthpressure，lateralearthpressureandsoilpressureofthebasementund

3、ertheconditionofload-reducingmeasurestoprovesignificanceandeconomicvalueofculvertdesignbyadoptingload-reducingmeasures．Keywords：high-fillculvert；load-reducing；finiteelementComputation随着我国西部大开发战略的实施，西部地区公的沉降差来综合表述垂直土压力的影响因素。由于路建设迅速发展，但受特殊地形条件所限，西部地区涵洞本身属于刚性结

4、构，具有不可压缩的特性，涵洞公路建设中高填方涵洞大量涌现。通常，垂直土压顶部和两侧填土高度存在差异，这一差异导致填土力是高填方涵洞受力计算的依据，因其填筑高度较压缩变形量也不同。当涵洞顶部两侧(即洞身两侧大，可暂不考虑车辆动荷载的影响，所以垂直土压力填土)土柱压缩变形量值大于洞顶土柱压缩变形量的计算是控制涵洞断面尺寸的主要因素。现行值时，沉降差为+6，涵洞顶部实际垂直土压力将大于JTG／TD65—04—2007《公路涵洞设计细则》依然规涵洞顶部计算土柱压力(>TH)；反之，则为-6，or<定采用土柱压力法计算

5、涵洞顶部的垂直土压力，故yH。其中：6为填土压缩变形差值；or为土柱压力；工程设计人员为保证涵洞结构安全，不惜增加安全为土容重；为填土高度。沉降差示意见图1。系数，加大断面尺寸，从而造成项目投资的一定浪填土沉降曲线费。本文基于对高填方涵洞进行的减荷试验，应用有限元计算方法对减荷效果进行分析，结果表明：采图1沉降差用减荷措施的高填方涵洞受力更加合理；采用减荷措施进行工程设计，可优化涵洞结构设计，且节约工由以上分析可知：能引起增大的因素会使涵程造价。洞顶部垂直土压力增大；相反，能引起+6减小的因素会使涵洞顶部垂直

6、土压力减小。由此可知，如果1减荷措施研究要使涵洞顶部的垂直土压力减小，即

7、采用多元线性弹性模型，并逐级增加荷载，使～形成，将涵洞两侧外土柱对洞顶范围内土柱向分阶段拟合其应力一应变曲线。EPS板材应力一应下的附加不利摩擦力转变为向上的有利摩擦力，即变关系见图5。利用涵洞顶部铺设减荷材料以引起填土中沉降变形调整，促使路堤填土中产生人为土拱效应，从而利用外土柱协调涵洞来共同承担内土柱的荷载压力，最日凸_终达到减小涵洞顶部垂直土压力的目的。沉降差一6示意见图2。填土沉降曲线000．10O．20O_30O．40O．5Oo．60O．7Oo．80o．90应变／1图5EPS板材应力一应变关系依据模

8、型中各种材料的特性及受力情况分析，图2沉降差—对有限元计算给出了如下假定条件：减荷材料(EPS板材)为多元线性弹性模型；沟谷形地基、涵洞为线2几何模型建立弹性变形；路堤填土为理想弹塑性模型；填土屈服准几何模型按照工程材料性质不同分为4个部则采用修正后的摩尔一库仑准则；填土计算参数分：沟谷形地基、拱涵、回填土方和EPS板。通过改加4∞4∞3∞3如2∞2∞1∞l∞O通过室内固结和三轴试验确定J。模型中各