高速公路路基段聲屏障結(jié)構(gòu)驗算分析及優(yōu)化設(shè)計

武 林， 李昌虎

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

高速公路路基段聲屏障結(jié)構(gòu)驗算分析及優(yōu)化設(shè)計

武 林， 李昌虎

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

基于合肥某繞城高速公路路基段聲屏障工程實例，闡述路基段聲屏障的結(jié)構(gòu)驗算以及基于驗算結(jié)果對聲屏障結(jié)構(gòu)的尺寸進行優(yōu)化。案例分析結(jié)果為今后同類型高速公路路基段聲屏障結(jié)構(gòu)驗算及結(jié)構(gòu)參數(shù)提供了參考。

繞城高速；路基段聲屏障；結(jié)構(gòu)驗算；優(yōu)化設(shè)計

近些年來,隨著我國新建與改擴建高速公路數(shù)量的不斷增多,交通噪聲污染也愈發(fā)嚴重,嚴重地影響了高速沿線兩側(cè)居民的正常生產(chǎn)、生活。當交通噪聲超過文獻[1]規(guī)定的限值時, 應(yīng)采取適當措施降低噪聲污染影響[2]。公路聲屏障作為一種通過控制交通噪聲傳播途徑來降低公路交通的措施,由于其簡單、實用、可行、有效,被廣泛應(yīng)用于高速公路環(huán)境保護建設(shè)當中[3]。

1 工程實例

本項目路基型聲屏障采用直壁式聲屏障,本次實例采用H=5 m高直壁式聲屏障,大樣如圖1所示。

圖1 5 m直壁式聲屏障大樣圖

結(jié)構(gòu)驗算中根據(jù)文獻[4-5]及要求進行荷載取值和組合,對通常考慮的三個部位進行驗算:① 立柱結(jié)構(gòu)的強度和剛度。② 柱腳連接構(gòu)件的強度。③ 基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

2 荷載因素

2.1 自身重力荷載

立柱承受的豎向荷載G由立柱本身的自重G1及立柱相鄰左右立柱一半彩鋼板的自重G2構(gòu)成。本實例中,G1=2 475 N,G2=2 450 N,因此自重荷載G為4 925 N。

2.2 風荷載

作用在聲屏障上的風壓w=βzμsμzw0,式中βz為高度z處的風振系數(shù),取1.3;μs為風荷載體型系數(shù),取1.3;μz為風壓高度變化系數(shù),高度20 m以下,取1.0;w0為基本風壓,根據(jù)規(guī)范[4]要求,基本風壓按0.55 kN/m2進行計算。故風壓w=1.3×1.3×1.0×0.55=0.93 kN/m2,豎向均布荷載q=0.93×(1+1)=1.86 kN/m。

2.3 荷載組合

根據(jù)《規(guī)范》[4-5]要求,聲屏障的結(jié)構(gòu)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)的基本組合和正常使用極限狀態(tài)的標準組合進行設(shè)計。其中立柱強度驗算按承載能力極限狀態(tài)驗算,即γ0S≤R,其中γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù);聲屏障主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為50 a,γ0不小于1.0;S為荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值;R為結(jié)構(gòu)的抗力設(shè)計值。由于本次荷載因素只考慮結(jié)構(gòu)自身重力荷載與風荷載,故荷載效應(yīng)組合值S簡化為:S=γGSG+γQ1SQ1,γG為永久荷載分項系數(shù),取1.2;γQ1為可變荷載Q1的分項系數(shù),取1.4;SG為按永久荷載標準值G計算的荷載效應(yīng)值;SQ1為各可變荷載效應(yīng)中起控制作用者。

《民事訴訟法》第201條明確了調(diào)解書的兩項再審事由:有證據(jù)證明調(diào)解違反自愿原則的;有證據(jù)證明調(diào)解協(xié)議的內(nèi)容違反法律規(guī)定的。① 對于《民事訴訟法》第208條規(guī)定的調(diào)解協(xié)議損害國家利益和社會公共利益，以及《最高人民法院關(guān)于適用〈中華人民共和國民事訴訟法〉審判監(jiān)督程序若干問題的解釋》第5條規(guī)定的調(diào)解協(xié)議侵害案外人的利益，均屬于違反合法原則的范疇。而這與《民事訴訟法》第200條羅列的13項判決和裁定的再審事由相比，是非常原則性的、邊界模糊的規(guī)定，有進一步挖掘的需要。

3 立柱驗算

3.1 強度驗算

立柱的計算可簡化為單懸臂梁,其受力的最不利位置在最底部。彎矩M底=1/2qH2=23.25 kN·m,剪力V底=qH=9.3 kN。由于本次設(shè)計立柱采用H型鋼,根據(jù)第三強度理論[6]對應(yīng)力進行驗算。

(1)

其中,σ為型鋼底部最大應(yīng)力;τ為型鋼底部處剪應(yīng)力;[σ]為型鋼容許應(yīng)力。

σ=My/I+N/A

(2)

其中,y為立柱底部截面外側(cè)到中性軸的距離;I為立柱底部截面慣性矩;A為立柱底部截面面積。

將實例中H型鋼尺寸代入式中,得出立柱底部最大應(yīng)力為51.3 MPa<[σ]。

3.2 剛度驗算

Δ=1/(EI)·1/3H·1/2qH2·3/4H=

(qH4)/(8EI)

(3)

其中,E為立柱材料的彈性模量;I為立柱底部截面的慣性矩。

一般聲屏障立柱頂端的位移量應(yīng)滿足:Δ/H≤l/300[8-9],本例中,Δ/H=0.015≤l/300=0.017,滿足要求。

4 柱腳連接驗算

本例中立柱與基礎(chǔ)連接采用地腳螺栓連接,地腳螺栓按同時受拉、受剪計算,即

(4)

單個螺栓所受剪力為:Nv=V底/n=2.33 kN

5 基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗算

抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0=(M自重+M樁)/M風荷載=1.65>1.2,滿足要求[10]。

6 優(yōu)化措施

經(jīng)驗算,本例基礎(chǔ)的穩(wěn)定性滿足要求,因此本次設(shè)計取消了基礎(chǔ)之間的系梁;同時由于基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定安全儲備富裕不大,設(shè)計時適當增加了承臺橫向尺寸與鋼管樁橫向間距;增加了基礎(chǔ)鋼管樁的長度。

7 結(jié) 論

(1) 由于本例基礎(chǔ)穩(wěn)定性滿足要求,設(shè)計時取消基礎(chǔ)之間的系梁。

(2) 為提高基礎(chǔ)的穩(wěn)定性,可適當增加基礎(chǔ)橫向尺寸與鋼管樁橫向間距。

(3) 增加了基礎(chǔ)鋼管樁的長度。

(4) 施工前應(yīng)加強對沿線敏感點的復(fù)查,防止設(shè)計過程中調(diào)查遺漏以及設(shè)計后現(xiàn)場增加的環(huán)境敏感點。

[1] GB 3096-2008,聲環(huán)境質(zhì)量標準[S].

[2] 王海豐.高速公路聲屏障設(shè)計[J].北方交通，2013(3):110～112.

[3] 魏顯威，尚曉東.高速公路聲屏障設(shè)計中幾個問題的探討[J].公路交通科技，2002, 19(6):184～186.

[4] DGT J08-2086-2011,道路聲屏障結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S].

[5] JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[6] 劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2004.

[7] 李 艷.聲屏障設(shè)計中的結(jié)構(gòu)驗算[J].噪聲與振動控制,2007,27(3):97～99.

[8] 王 娟.聲屏障聲學及結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學，2008.

[9] 葉 炯.高速公路聲屏障設(shè)計實例分析[J].交通標準化，2014, 42(1):8～10.

[10] JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

2016-09-22；修改日期：2016-09-29

武 林(1985-)，男，安徽太和人，碩士，安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司工程師．

TU112.594

A

1673-5781(2016)05-0640-02