某铁路斜交混凝土排洪盖板涵增二线的加固.pdf

2 0 1 2 年 2 月第 2 期 城 市道桥与 防洪 桥梁结构 4 7 某铁路斜交混凝土排洪盖板涵增二线的加固 李 昊 ( 铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津市3 1 4 2 ) 摘要： 斜交混凝土盖板涵是在铁路排洪上较多采用的一种涵洞形式， 在增二线后， 原结构不能承受新施加的荷载。 针对此问 题 ， 提出对既有涵洞进行加 固的方法。 分别建立原模型和加固模型， 模拟计算， 分析对 比计算结果 ， 得出“ 托梁拔柱法” ， 改善了 原结构受力 ， 降低了截面弯矩， 保证了原结构的完整性 ， 满足安全运营的要求。 关键词 ： 斜 盖板 涵 ； 加 固 ； 托梁 拔柱 法 ；增二 线 中图分 类 号 ： U 4 4 9 文献标 识码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2) 0 2 一 O 0 4 7 0 3 1 问题的提 出 盖板涵是我 国在早期铁路设计时期较多采 用 的一 种涵 洞形 式 ， 具 有 施工 技术 较 简单 ， 排洪 能力较大， 盖板可以集中制造等优点。近年来 ， 随 着 增二 线项 目的增 多 ， 对 盖板 涵 的强度 、 刚度 和 耐久性 提出了更高要求 。盖板涵 由梯形节 和矩形 节两 大部分 组成 ， 在增 二线后原 本基本 不承受活 载 的梯 形 节承 受 了 由于增 二线 而 引起 的活 载 和 土压 力 。导致 盖板 、 竖墙 、 底板所 承受荷 载加大 。 在原有结构不变的前提下 ， 原结构的强度刚度稳 定性都不足以承受新荷载。 2 加 固方案的确定 本次研究对象以邯长邯济某涵洞( 1 孔 6 m， 4 5 。 斜交排洪盖板涵洞 ，上游百年设计 流量 5 1 m ) 为例。考虑到在增二线时原结构需要能够保证既 有线的安全运营， 所以本次加固方案考虑不更换 盖板， 对涵洞 内采用支承加 固的方法 ， 制定加 固 方案有 以下 3个。 方案 1 ： 内嵌箱 型结构物法 ， 就是 在上 游汇水 面积不大的情况下 ，通过内镶嵌一箱型结构物 ， 四周 配 置双 层受 力钢 筋 的方 法达 到加 固原 结 构 的效果 。 方案 2 ： 增大截 面法 ， 此方 法就是将洞 内台身 和基础加厚 ， 配置受力连接钢筋使新结构与老结 构连接为一体达到加固效果。 方案 3 ： 托梁拔柱法 ， 这种方案就是在涵洞内 部设置竖 向支撑 ， 加厚竖墙 。降低原 结构顶板 和 底板弯矩， 达到加固的效果。 由于涵洞所在区域汇水面积大 ， 方案 1 会抬 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 1 1 - 2 8 作者简介： 李吴( 1 9 8 4 一 ) ， 男， 河北石家庄人 ， 工学硕士 ， 助理 工程师， 从事桥梁设计工作。 高流水面，大大降低了涵洞的排洪功能；方案 2 的加 固方 式虽然 加强 了竖墙 和基础 的受力状 态 ， 但并没有 改善盖 板的受力状态 。所 以 ， 本次加 固 方案拟采取方 案 3的方法加厚边墙 3 0 a m，并在 涵洞 中间增加一 4 0 c m厚竖墙 。 3 计算模型的建立 3 。 1结构尺寸 原结构物 由盖板 、 竖墙 、 基础 3部 分组成 ， 盖 板厚度 8 5 c m， 基础厚度 6 8 4 c m， 竖墙高度 5 m， 厚度 由顶板处 4 1 6 e m增大到底板处 1 0 2 c m， 洞内 净高 5 m，净宽 6 m，涵洞出口与线路斜交角度为 4 5 。 。原结构尺寸如图 1 。加固后结构尺寸如图2 。 3 2 模型 的建 立 采用 m id a s 板单元建立三维有限元模型 ， 盖 板 、 边墙 、 基础一起作为整体计算 ， 提取板单元计 算结果内力进行配筋及裂缝验算。 ( 1 ) 模型设计荷载 ： 加 固前模型加载时需要 考虑路基放坡影响，路基边坡按照 1： 1 5 设计。 填土高度按照 3 m考虑， 活载类型为中活载。在 施加 荷载时需考虑 ， 自重 、 活载 、 涵洞盖板和竖墙承 受的静土压力和活载引起的竖向压力 、 水平压力 。 ( 2 ) 模型设计 参数 ： 主要 材料为 C 3 0混凝土 ， HR B 3 3 5钢筋 。 ( 3 ) 模型边界条件模拟 ： 盖板与竖墙的连接 用 弹性 连接 的铰接模拟 ， 基础 与基底土 的作 用用 弹性 连接 中一 般连接模拟 ， 其 中地基压缩模量 按 照不利取值 为 5 0 0 0 k P a 。 为对 比说明加固效果共建立两套模型 ， 原结 构模型见图 3 ， 加固后模型见图 4 。 4 计算结果与结论 4 1 计算 结果 为了分析原结构在增二线前、 原结构在增二线状 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 2 月第 2 期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构 4 9 图 6原结构加固后增二线状态下主力作用下mx 弯矩图( 单位： k N m) 图 7 验算截面位置示意图 4 2 结 论 ( 1 ) 经 过原 结 构在 原荷 载 、 原 结 构在 增 二 线 状态下 内力对 比可知 ， 活载以及土压力的加大使 原 结构 的底板和竖墙 交接处 、 盖板 中间处 的 M加 大， 原结构配筋显然不能满足增二线安全运营的 要 求 。 ( 2) 通过 原 结构 在 原荷 载 、 原 结构 在 增 二线 状 态下 、结构加 固后 3种 状态下 内力对 比可知 ， 加 固后 的结构 内力 基 本 和原结 构 在原 荷 载状 况 下 的受力 状态基本 一致 ， 通 过支柱 减小 了盖 板跨 度 ， 从而大大降低 了 M。并且 ， 通过表 2中混凝 土、 钢筋应力可知 ， 加固后的模型原截面配筋完 表 1 结构不同状态下内力统计表 验 序 算 号 位 置 全满足 了安全运 营的要求。 综上所 述 ， “ 托梁拔 柱法 ” 的加 固方 式大大 优 化了截面受力 、 降低了截面的弯矩 ， 并且对于原 结构排洪功能并无大的影响， 既保证了原结构的 整体性 、 安 全性 ， 又方便 了施工 ， 所 以这 种方法 可 以作为既有线增二线情况下斜交盖板涵的加固 手段 。 参考 文献 1 T B 1 0 0 0 2 1 - 2 0 0 5 ， 铁路桥涵设计基本规范【 s 】 【 2 】 T B 1 0 0 0 2 3 2 o 0 5 ， 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构 设计规范f s 】 【 3 铁建设 【 2 0 0 5 】 1 5 7号，铁路混凝土结构耐久性设计暂行规 定【 z 】 矬褂 值 褂值 褂值慨 黻 励 酚积 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m