大型鋼筋混凝土箱涵不設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孔中間處設置涵長方向沉降縫一道，其余再無設置沉降縫。箱涵采用270/20強度混凝土，與國內標準C30混凝土對應。

2 設計規范

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

3 建模計算分析

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

圖1 涵洞設計圖

涵洞為10-8╳3m鋼筋混凝土箱涵，在中間設置涵長方向沉降縫一道，其余再無設置沉降縫，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 計算結果

計算結果見圖3、圖4、圖5。

圖3 正截面抗彎承載能力驗算結果圖形

承載能力極限狀態計算：

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

由此可得，γos（結構重要性系數作用效應的組合設計最大值）＜R（構件承載力設計值），滿足規范要求。

圖4 斜截面抗剪承載能力驗算結果圖形

承載能力極限狀態計算：

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，對應抗力R=46493 KN。

由此可得，結構重要性系數作用效應的組合設計最大值均小于構件承載力設計值，滿足規范要求。

圖5 抗扭承載能力驗算—T結果圖形

按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）承載能力極限狀態計算：

以及抗扭承載能力計算：

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

由此可得，結構重要性系數作用效應的組合設計最大值均小于構件承載力設計值，滿足規范要求。

4 結論

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

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置沉降縫。涵洞沉降縫的設置與否與涵身強度有關，是根據涵洞的縱向計算確定的。