公路工程论文发表之浅论公路箱涵计算
公路工程论文发表期刊推荐《黑龙江交通科技》主管单位：黑龙江省交通厅主办单位：黑龙江省交通科学研究所;黑龙江省交通科技情报总站;黑龙江省公路学会。国内刊号为：CN23-1207/U，国际刊号为：ISSN1008-3383。
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
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2m，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γo为0.9。荷载等级为公路-Ⅱ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+δ（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，，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%。
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》（JTGD60-2004）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，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》（JTGD62-2004）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+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》（JTGD60-2004），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》（JTGD60-2004）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》（JTGD62-2004），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。
