赵 浩

（山西路桥隰吉高速公路有限公司，山西 临汾 041300）

引言

与盖板涵相比，拱涵抗压强度高，行车空间大，当涵洞上部填土厚度较大、交通量或排水量较大时，拱涵是比较理想的涵洞结构。然而，目前大多数拱涵采用现浇施工，必须等混凝土强度达到设计值75 %以上时方可进行上部填土回填，影响施工进度[1]。

1 有限元模型建立

1.1 工程概况

山西省内某高速公路建设工程第六合同段，项目内部有4 座单孔拱涵，设计采用预制装配式施工。拱涵中心桩号分别为K25+300、K27+233、K32+155、K38+350。其中K32+155 拱涵跨径最大，拱内径为5 m，拱外径为6.6 m，拱厚0.8 m，涵台高度为4 m，设计埋设深度为19 m，考虑到路面结构层自重荷载和车辆荷载的影响，取最大填土高度为20 m。4 座涵洞中K32+155 拱涵最具代表性，取其作为研究对象，建立模型进行有限元分析，涵洞横断面尺寸见图1。

图1 K32+155 拱涵横断面与模型加载/mm

1.2 加载方式

K32+155 拱涵横穿路堤，断面形状规则，可采用平面应变方法建模。按照平面问题简化原则，简化涵洞荷载加载方式见图1。根据设计要求，涵洞顶部埋设高度H=18 m，路堤填料选用碎石土，填料容重γ=20 kN/m3，泊松比μ=0.24。根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2015）中的相关规定，采用土柱法计算竖向土压力[2]：

侧向土压力：

式中：k—涵洞侧向土压力系数，k=μ/（1-μ）=0.316。

综合考虑路面结构自重和车辆荷载，取涵洞顶部埋设高度H=20 m，计算结果：涵顶竖向土压力σv=400 kN/m2；涵洞顶部侧向土压力σh=126.4 kN/m2；涵洞底部侧向土压力σh=151.68 kN/m2。

1.3 拱涵各构件之间接触模型

涵洞各构件之间的接触主要包括法向和切向两种，法向作用较明显，可以按照“硬接触”建立模型[3]。……