涵洞整体式基础内力分析-付春辉

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1、涵洞整体式基础内力分析付春辉（辽宁省交通规划设计院，沈阳，110166）【摘要】木文就涵洞整体式基础涵身和基础内力进行研究分析，采用理论分析、数值模拟方法进行比较，提出一个计算基础跨中和端部弯矩的公式，为涵洞整体式基础的结构设计提供参考。【关键词】涵洞；整体式基础；内力Internalforceanalysisofintegralfoundationofculvert【Abstract]Thispaperanalyzestheinternalforceoftheintegralfoundationbodyandfoundationofculvert,compare

2、sthembytheoreticalanalysisandnumericalsimulationmethods.Itpresentsacalculationformulaonbendingmomentoffoundationcrossandend,providingreferencesforthestructuredesignoftheintegralfoundationofculvert.【Keyword]culvert;integralfoundation;Internalforce.1引言口前，用于涵洞整体式基础内力分析的方法主要以倒梁法为主，但是与口前的建

3、筑结构基础分析的柱下多跨连续梁有所不同，涵洞整体基础的倒梁法只是单跨，相对简单，但是不同的设计人员理解不同，对于计算屮假定的采用也不同。以下就涵洞整体式基础涵身和基础内力进行研究分析，采用理论分析、数值模拟方法进行比较。2倒梁法理论计算分析选取填土材料为干砂土、整体式基础盖板涵为例，分析计算涵洞台身和基础底板内力（弯距和剪力），弯矩符号规定：使盖板受拉为正，使侧墙内侧受拉为正，使底板内侧受拉为正。涵洞结构受力如图1，将结构简化成图2所示的模型。地表八hlq1(_■>亠*mqKq1ww<■L—q2——图1涵洞受力图图2结构简化图填土侧向土压力系数取极限平衡状态：心

4、=聞2（45。-号）作用于顶板厚度11«心处的侧向土压力强度作用于底板厚度中心处的侧向土压力强度q2=y(h[+h)Ka=/(/?)+/?)tan2(45°一号)作用于底板下侧的土压力强度q=+〃+与)将涵洞进行简化，为一次超静定结构，采用力法计算出涵洞内力，力法基本方程为7由于久和△"都是静定结构在已知力作用下的位移，利用图乘法计算得出(-/13+/12/)E1一其屮：/—涵洞基础计算长度，Z=1.15/o厶一涵洞台身净距力一涵洞顶板厚度中心处到基础厚度中心处距离7—填土重度hQ—涵洞基础厚度厶一基础总长度厶一基础突出部分计算长度，/严土二^因此多余未知力X,即

5、可由下式得出止号表明X】的实际方向与假定方向相同，负号表示与假定方向相反。多余未知力X

6、求出后，其余所有内力的计算问题都是静定问题，在绘制最后的弯矩图吋，可以利用已经绘岀的和图按叠加法绘制，即M=MiXl+Mp3数值模拟分析在整体式基础涵洞截面上选取监测点，记录涵洞结构应力大小，监测点位置如图4所示，釆用Flac3D有限元软件进行分析。图4数值模拟应力监测点分布图表1数值模拟方法整体式基础盖板涵洞各监测点检测值■1••11•••111ivVvi••VII9.45-5.76E+043.03E+04-3.44E+042.06E+04-5.98E+04-1.95E+05

7、-1.29E+0513.452.70E+052.11E+042.43E+04-4.52E+05-3.OOE+O5-3.61E+051.19E+0517.454.46E+056.31E+04-3.59E+04-7.51E+05-4.50E+05-5.02E+052.48E+0521.456.38E+051.03E+05-7.95E+04-1.06E+06-6.09E+05-6.39E+053.80E+0525.458.36E+051.42E+05・1.20E+05-1.36E+06-7.58E+05-7.80E+055.16E+05市于数值模拟导出数据为应力值，需对

8、单元体正应力进行积分换算成弯矩(6.1)Mmax=fsydy+fq.dy=fSo丰ydy+『＜rc0+ydy1/21,2=§5o/2]+-^.0^1式屮：山一相对受拉区高度h2—相对受压区高度Mmax—涵洞基础跨中弯矩So受压区表层最大压应力6()受拉区表层最大拉应力将数值模拟计算的应力转换成弯矩，与结构力学分析方法一起列于表2中。表2结构力学方法和数值模拟计算结果对比(a)基础跨中单位(kN・m)填土高度(m)9.4513.4517.4521.4525.45数值模拟Mmax110.325186.77261.14337.70416.73结构力学Mea170.824

9、237.2