1.2.天津市市政工程设计研究院 天津 300051
摘要：地道桥的U型槽和箱体结构在受力时，由于荷载的作用位置和荷载组合方式的多样性，使得不同部位的最不利荷载工况也不相同，本文采用有限元分析的方法，对比并总结出地道桥结构分析中不同结构位置对应的最不利荷载工况，以供地道桥结构设计计算分析时参考。
关键词：地道桥；U型槽；箱体；荷载工况
Method for Determining the Load Case of Underpass Bridge Design
LIU Hai-tao，CHENG Xiao-ming
（Tianjin Municipal Engineering Design and Research Institute，Tianjin 300051，China）
Abstract：Because of the diversity if load combination and its acting position，the unfavorable loading case are different in different parts of the structure when the U-shape groove and box of underpass bridge under stress.This paper using the method of finite element analysis，comparison and summarizes the unfavorable loading case corresponding to different structural position，it may serve a reference for similar designs.
Keywords：underpass bridge；U-shape groove；box；load case
前言
地道桥是一种广泛用于道路下穿公路或铁路时的结构形式，它不仅能够有效利用城市空间，还具有满足道路纵坡、净空的设计要求的前提下，施工中不影响上部铁路运营的独特优点。这种结构与传统桥梁相比，集上部结构和下部结构于一体，由U型槽和箱体两部分构成，这两部分直接承受土压力、活荷载和水浮力等荷载作用。由于地道桥承受多种可变荷载，并且其中的汽车活荷载包含下穿车道荷载、箱体顶面活荷载和地道桥两侧辅道的活荷载等[1]，如此多的可变荷载不同组合对结构的不同部位受力有着不同的效应，因此对于U型槽和箱体不同部位的计算，必须分别确定其最不利荷载的组合工况。
1 地道桥单项荷载及计算方法
1.1 U型槽单项荷载类型
U型槽结构分为底板和侧墙，分别承受不同的单项荷载作用，底板和侧墙分别承受的单项荷载如下：
底板：车道活荷载、水浮力；
侧墙：侧向土压力、辅道车道活荷载、水压力。
1.2 箱体单项荷载类型
箱体与U型槽结构构造相比，除了底板和侧墙外，还有顶板。从结构受力上除了承受上述荷载外，还承受被穿道路的荷载作用。底板、侧墙和顶板分别承受的单项荷载如下：
底板：车道活荷载、水浮力；
侧墙：侧向土压力、被穿道路车道活荷载、水压力；
顶板：被穿道路车道活荷载。
1.3 单项荷载的计算方法
（1）侧向土压力应采用主动土压力，其数值大小可根据水土分算、水土合算和天然土压力三种计算结果确定，但考虑到水压力已作为单项荷载单独进行计算，因此仅对比水土合算土压力和天然土压力即可。由于水土合算土压力采用饱和土重度，其产生的压力值大于天然土压力作用，且地道桥周围土体由于毛细水的存在使其重度接近于饱和土重度，因此采用水土合算土压力数值作为侧向土压力是合理的。
（2）水浮力及水压力采用水的压强公式，水重度取10kN/m³，其产生的压力大小取决于结构周围的地下水深度。
（3）结构底板车道荷载应采用规范中的车辆荷载，即按照轴重进行确定。经过分析，底板车辆荷载的轮重可采用如下方法确定：采用底板截面建立整个U型槽节段模型，单元长度取为1m，进行一列车的车道荷载加载，提取计算结果中单个节点反力最大值作为U型槽结构底板加载时的车辆荷载轴重。
（4）被穿道路车道荷载采用规范中标准车道荷载进行加载。
（5）辅道车道荷载采用将辅道荷载有效计算宽度范围内车道荷载换算为等代均布土层厚度进行计算，辅道荷载有效宽度范围计算图示如下。
由上表可见，各单项荷载对侧墙内外侧和底板的上下缘应力有不同的作用效应，针对上述①～④单项荷载，由于侧墙土压力为永久作用，因此考虑该作用与其余可变作用的进行不利组合，根据应力一致性原则形成表中工况一和工况二，在结构计算中仍需考虑结构自重荷载作用。
3 箱体结构不利荷载工况
建立工程的箱体结构有限元分析模型，分别施加单项荷载，结构的顶板、侧墙和底板在各单项荷载作用下应力情况如下图所示。表中应力以受压为正（+）、受拉为负（—）。
由上表可见，各单项荷载对侧墙内外侧和顶板、底板的上下缘应力有不同的作用效应，针对上述①～④单项荷载，由于侧墙土压力为永久作用，因此考虑该作用与其余可变作用的进行不利组合，根据应力一致性原则形成表中工况一和工况二，在结构计算中同样需考虑结构自重荷载作用。
4 结语
1.地道桥结构承受多种可变荷载作用，对结构的不同部位产生不同的荷载效应。
2.地道桥各单项荷载计算数值需要进行单独分析计算，包括侧墙土压力、水浮力、U型槽或箱体内车道荷载、箱体顶面被穿路活载和辅道车道换算等代均布荷载。
3.地道桥U型槽和箱体的顶板、侧墙和底板应采用不同的荷载组合进行设计计算，荷载工况应分别取不同结构部位产生最不利荷载效应时的荷载组合。
参考文献：
[1]杨功勤.地道桥的设计及施工：[硕士毕业论文] .成都：西南交通大学，2002
[2]聂利英，吴鸿庆.钢筋混凝土地道桥力学特性的研究[J]. 兰州铁道学院学报，2001，20（3）：19~24
作者简介：刘海涛，男，1985年10月出生，硕士研究生，河北迁安人，工程师，从事桥梁设计工作。
程晓明，女，1988年10月出生，硕士研究生，河南南阳人，工程师，从事道路设计工作。
论文作者:刘海涛1,程晓明2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/16
标签：荷载论文; 结构论文; 底板论文; 车道论文; 箱体论文; 工况论文; 压力论文; 《基层建设》2018年第2期论文;