1、浅论公路箱涵计算摘要：箱涵作为涵洞中适合低地基承载力的一种类型，在沿海、软基等地区公路上应用十分广泛。设计人员在箱涵结构受力计算中，特别是对于明箱涵涵顶活荷载取值方式上仍存在一些混淆。本文通过一个工程计算实例，对箱涵的计算做一个简短的分析。 关键词：涵洞;明箱涵;计算 Abstract: The box culvert culvert suitable as a type of low bearing capacity of foundation is widely used in highway soft foundation, coastal area. Designers in the
2、box culvert structure stress calculation, especially for some confusion still exists clear box culvert jacking live load mode. This paper according to the example of a practical engineering calculation, analyzes the calculation of box culvert. Key words: culvert box culvert; calculation; 中图分类号：X734
3、文献标识码：A 文章编号： 近些年来，随着道路工程的迅猛发展，涵洞作为公路上的小构造物数量也越来越多，工程量占公路工程的比重也越来越大。涵洞设计是否得当，对工程的造价、使用效果、安全性等都有很大的影响。 一、箱涵定义 一般规定桥与涵洞技术上是以跨径为划分标准的。一般 5m（含 5m）以上称桥，以下就称涵洞。但圆管涵和箱涵不论孔径、跨径多少都称涵洞。箱涵一般指的是洞身以钢筋混凝土箱形管节修建的涵洞，由一个或多个方形或矩形断面组成，材料上钢筋混凝土应用较广。 箱涵主要特点及适用范围：整体性强，为超静定结构，受力好；对软土地基的适应能力强，在沿海以软土地基为主的地区尤为适合；可不覆土，做成明涵；跨径
4、大；对地基承载力要求低；但钢筋混凝土箱涵一般工程造价略高，在高等级的公路上使用较多。因此如何在保证安全性的情况下，尽量节省钢筋、混凝土的用量去设计，对实际工程的影响非常大。 箱涵按洞顶填土分为明箱涵与暗箱涵。明箱涵指的是洞顶不填土的涵洞，常见于浅沟渠，低路堤；暗箱涵是指洞顶填土大于 50cm 的涵洞，适用于高路堤、深沟渠。这里所说的“洞顶填土”高度是指洞顶至路面顶最薄处的高度。也可以这样认为，能够在涵洞的洞顶将路面结构层完整的做出来的涵洞就是暗涵，否则就是明涵。 二、箱涵计算分析 本例选用一个钢筋混凝土明箱涵进行分析计算。 1、设计资料。某公路明箱涵，净跨径 L0 为 4m，净高 ho 为 2
5、m，箱涵填土高 H 为 10cm（即为 10cm 厚铺装层） ，土的摩擦角为 35。涵身混凝土强度等级采用 C30，主筋为 HRB335 钢筋。结构安全等级三级，结构重要性系数 o 为 0.9。荷载等级为公路-级。结构见图一。 图一 箱涵结构图 2、截面尺寸拟定。根据给定资料，求得计算跨径与计算高度。 计算跨径： Lp=L0+t（侧墙厚）计算高度： hp=ho+（板厚） 3、荷载计算。 分别计算恒载与活载引起的竖向压力和水平压力。恒载计算时，P 恒 =1 H+2，e= P 恒 tg（45-） 。活载计算时，因为洞顶无覆土，因此车轮按照 45角向下扩散，冲击系数取 0.3 进行求解，q 车= 。
6、活载水平压力一般不大，故可按照矩形荷载图示计算，e 车= q 车tg（45-） 。 4、构件内力计算 首先假定不考虑开裂截面的影响，顶板、底板和侧墙按偏心受压构件计算。构件刚度比：，根据荷载与构件刚度比，先求出单一荷载作用下的框架内力，然后进行叠加成为实际荷载下的框架内力（见图二） 。最后进行荷载组合（极限状态） 。 图二 组合作用下的内力图 顶板的弯矩与轴力底板的弯矩与轴力 左侧墙的弯矩与轴力右侧墙的弯矩与轴力 5、截面设计。 各构件按照偏心受压进行截面设计时，拟定截面之后，分别按跨中、结点的计算内力配置钢筋，钢筋按照左右对称设置，采用最不利荷载计算。最小配筋率 0.2%，最大限制配筋率 2
7、%。 三、主要问题及解决方案 计算过程中发现，根据公路桥涵设计手册-涵洞中计算明箱涵的活载以及涵身侧面由活载引起的土体压力时，是根据车轮在规定角度下分布区域的均布荷载，替代为箱涵顶部全宽范围内的均布荷载值进行计算的。 公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）中对活荷载的在涵洞上的分布规定为以 30角向下分布，但是没有将明涵与暗涵分开规定。 如果涵顶覆土高度很小，例如本例箱涵顶部铺装层为 10cm 左右，这样根据车轮扩散分布面积计算得出荷载值会非常大，活载等代成箱涵侧面作用的土体压力也非常大。如果还是以该值作用于箱涵，计算出来的各结点、跨中的弯矩值会非常大。如若用该数值进行配筋计算时，
8、会产生有些位置的小偏压情况，小偏压时 ，因为弯矩大，该数值为负数，最后计算出的钢筋面积为负数，不符合实际情况；另外为大偏压的地方，计算出的钢筋面积会远超过最大配筋限制，不符合要求。 本例在计算中，对汽车荷载的计算方法采用了公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004）中计算整体单向板时，通过车轮传递到板上的荷载分布宽度计算方式。其中一个车轮纵向分布长度取 a=a2+2htg45+且；当 a1.4（轴距）时，车轮发生重叠，此时，a=a2+2htg45+d 且+d，按上述两公式进行车轮的纵向分布。横向则继续按照 b=b1+2htg45进行计算。 对于分布角度的取法，本例参考
9、的是公路桥涵设计手册-涵洞中提到的对于填土高度大于 0.5m 的，按照 30角向下分布；对于填土高度小于 0.5m 或者无填土的涵洞，车辆荷载按照 45角向下分布，并且考虑冲击系数，冲击系数按照公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004） ，取 0.3。 按照以上方法进行分析计算，其最后的结果与仿真分析软件模拟结果接近，并且与实际情况也较符合。因此对于箱涵特别是明箱涵的计算，关键点在于车轮的分布面积的取法，取值的合不合理会直接导致内力计算的偏差。 结束语：设计人员在箱涵计算时，对明涵和暗涵这两种形式应采用不同活荷载取值方式。因此不同的涵洞，不同的工程，应采用合理的方法计算分析，力求达到安全、可靠、耐用及经济的设计要求。 参考文献： 1、 公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）人民交通出版社，2004。 2、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004） ，人民交通出版社，2004。 3、 公路桥涵设计手册-涵洞,人民交通出版社，2001。
