大型鋼筋混凝土箱涵不設(shè)置沉降縫的分析研究

陳華良

（中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810000）

1 工程概況

安哥拉共和國某高速公路中某箱涵采用10孔形式，涵長67.709m，每孔凈高3m，寬8m，頂板厚65cm，底板厚65cm，墻厚30cm。在10孔中間處設(shè)置涵長方向沉降縫一道，其余再無設(shè)置沉降縫。箱涵采用270/20強度混凝土，與國內(nèi)標準C30混凝土對應(yīng)。

2 設(shè)計規(guī)范

《公路涵洞設(shè)計細則》第8.1.4條規(guī)定：在涵身中部應(yīng)設(shè)置沉降縫一道。在涵身長度超過20m時，可視具體情況每隔6m左右再設(shè)沉降縫。同時《公路磚石混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》第6.0.3條規(guī)定：除設(shè)置在巖石地基上的涵洞外，涵洞的洞身及基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)地基土的情況，可每隔4～6 m設(shè)置沉降縫；高路堤下的涵洞，在路基邊緣下洞身及基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)置沉降縫。沉降縫應(yīng)用瀝青麻絮或其它有彈性的不透水材料堵塞。2個規(guī)范均規(guī)定視情況每隔6m左右需要設(shè)置沉降縫一道。

3 建模計算分析

結(jié)合安哥拉該項目涵洞實例，本文做了一個縱向計算，以此來討論不設(shè)沉降縫或少設(shè)沉降縫的可能性，該涵洞的設(shè)計見圖1。

圖1 涵洞設(shè)計圖

涵洞為10-8╳3m鋼筋混凝土箱涵，在中間設(shè)置涵長方向沉降縫一道，其余再無設(shè)置沉降縫，因此取一半即5-8╳3作為計算模型。涵洞的涵長67.709m，交角105度，填土高度5m，涵洞底部土質(zhì)為天然砂礫石。采用midas Civild 梁格法建模，模型橫向分為5片梁，中間用虛擬橫梁連接，模型見圖2。

圖2 虛擬模型圖

整個涵洞縱向模擬為彈性地基梁（空心梁），用彈性連接模擬邊界條件。

3.1 荷載

上部荷載：填土容重18Kn/m3，邊梁中部填土均布荷載?。?8×196×5）/44.5=396.4Kn/m；邊梁邊部邊坡部分荷載取線性荷載0～396.4；中梁中部填土荷載?。?8×370×5）/44.5=748.3Kn/m，中梁邊部邊坡部分荷載取線性荷載0～748.3。

溫度荷載：取整體溫度升溫15Fo，降溫15Fo。

活荷載：由于模型為5-8*3箱涵，涵洞寬度41.9m，涵長67.709m，因此計算采用車道荷載而未采用車輛荷載。

3.2 計算結(jié)果

計算結(jié)果見圖3、圖4、圖5。

圖3 正截面抗彎承載能力驗算結(jié)果圖形

承載能力極限狀態(tài)計算：

圖表中可知最大彎矩s= 6419.6KN·m，對應(yīng)抗力R=81043 KN·m。

由此可得，γos（結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)作用效應(yīng)的組合設(shè)計最大值）＜R（構(gòu)件承載力設(shè)計值），滿足規(guī)范要求。

圖4 斜截面抗剪承載能力驗算結(jié)果圖形

承載能力極限狀態(tài)計算：

以及斜截面抗剪能力計算：

斜截面承載驗算時，斜截面水平投影長度C=0.6mh0;

圖表中可知最大剪力Vd= 2089KN，對應(yīng)抗力R=46493 KN。

由此可得，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)作用效應(yīng)的組合設(shè)計最大值均小于構(gòu)件承載力設(shè)計值，滿足規(guī)范要求。

圖5 抗扭承載能力驗算—T結(jié)果圖形

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）承載能力極限狀態(tài)計算：

以及抗扭承載能力計算：

圖表中可知最大扭矩Td= 22938 KN·m，對應(yīng)抗力R=4994 6 KN·m;相應(yīng)剪力為1352KN，對應(yīng)抗剪承載力為4650KN。

由此可得，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)作用效應(yīng)的組合設(shè)計最大值均小于構(gòu)件承載力設(shè)計值，滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

根據(jù)計算結(jié)果顯示，該箱涵在縱向抗彎、抗剪、抗扭的驗算均滿足規(guī)范要求，因此可以在縱向上不設(shè)置沉降縫。以此得出結(jié)論，鋼筋混凝土箱涵只要涵身強度滿足要求，可以不設(shè)置或少設(shè)置沉降縫。

涵身沉降縫施工很麻煩，并且填縫很難保證不滲水，沉降縫兩側(cè)的涵身往往錯位，影響實際使用效果。磚石混凝土或素混凝土涵洞由于涵身強度低，混凝土抗拉強度低，所以需要每隔4-6m設(shè)置沉降縫一道，但是鋼筋混凝土涵洞由于鋼筋的作用，涵身強度大大增強，所以在涵身強度滿足驗算要求的情況下可以不設(shè)置沉降縫。涵洞沉降縫的設(shè)置與否與涵身強度有關(guān)，是根據(jù)涵洞的縱向計算確定的。