高速公路路基段声屏障结构验算分析及优化设计
2016-06-05李昌虎
武 林， 李昌虎
(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)
高速公路路基段声屏障结构验算分析及优化设计
武 林， 李昌虎
(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)
基于合肥某绕城高速公路路基段声屏障工程实例，阐述路基段声屏障的结构验算以及基于验算结果对声屏障结构的尺寸进行优化。案例分析结果为今后同类型高速公路路基段声屏障结构验算及结构参数提供了参考。
绕城高速；路基段声屏障；结构验算；优化设计
近些年来,随着我国新建与改扩建高速公路数量的不断增多,交通噪声污染也愈发严重,严重地影响了高速沿线两侧居民的正常生产、生活。当交通噪声超过文献[1]规定的限值时, 应采取适当措施降低噪声污染影响[2]。公路声屏障作为一种通过控制交通噪声传播途径来降低公路交通的措施,由于其简单、实用、可行、有效,被广泛应用于高速公路环境保护建设当中[3]。
1 工程实例
本项目路基型声屏障采用直壁式声屏障,本次实例采用H=5 m高直壁式声屏障,大样如图1所示。
图1 5 m直壁式声屏障大样图
结构验算中根据文献[4-5]及要求进行荷载取值和组合,对通常考虑的三个部位进行验算:① 立柱结构的强度和刚度。② 柱脚连接构件的强度。③ 基础的稳定性。
2 荷载因素
2.1 自身重力荷载
立柱承受的竖向荷载G由立柱本身的自重G1及立柱相邻左右立柱一半彩钢板的自重G2构成。本实例中,G1=2 475 N,G2=2 450 N,因此自重荷载G为4 925 N。
2.2 风荷载
作用在声屏障上的风压w=βzμsμzw0,式中βz为高度z处的风振系数,取1.3;μs为风荷载体型系数,取1.3;μz为风压高度变化系数,高度20 m以下,取1.0;w0为基本风压,根据规范[4]要求,基本风压按0.55 kN/m2进行计算。故风压w=1.3×1.3×1.0×0.55=0.93 kN/m2,竖向均布荷载q=0.93×(1+1)=1.86 kN/m。
2.3 荷载组合
根据《规范》[4-5]要求,声屏障的结构应按承载能力极限状态的基本组合和正常使用极限状态的标准组合进行设计。其中立柱强度验算按承载能力极限状态验算,即γ0S≤R,其中γ0为结构重要性系数;声屏障主体结构的设计使用年限为50 a,γ0不小于1.0;S为荷载效应组合的设计值;R为结构的抗力设计值。由于本次荷载因素只考虑结构自身重力荷载与风荷载,故荷载效应组合值S简化为:S=γGSG+γQ1SQ1,γG为永久荷载分项系数,取1.2;γQ1为可变荷载Q1的分项系数,取1.4;SG为按永久荷载标准值G计算的荷载效应值;SQ1为各可变荷载效应中起控制作用者。
《民事诉讼法》第201条明确了调解书的两项再审事由:有证据证明调解违反自愿原则的;有证据证明调解协议的内容违反法律规定的。① 对于《民事诉讼法》第208条规定的调解协议损害国家利益和社会公共利益，以及《最高人民法院关于适用〈中华人民共和国民事诉讼法〉审判监督程序若干问题的解释》第5条规定的调解协议侵害案外人的利益，均属于违反合法原则的范畴。而这与《民事诉讼法》第200条罗列的13项判决和裁定的再审事由相比，是非常原则性的、边界模糊的规定，有进一步挖掘的需要。
3 立柱验算
3.1 强度验算
立柱的计算可简化为单悬臂梁,其受力的最不利位置在最底部。弯矩M底=1/2qH2=23.25 kN·m,剪力V底=qH=9.3 kN。由于本次设计立柱采用H型钢,根据第三强度理论[6]对应力进行验算。
(1)
其中,σ为型钢底部最大应力;τ为型钢底部处剪应力;[σ]为型钢容许应力。
σ=My/I+N/A
(2)
其中,y为立柱底部截面外侧到中性轴的距离;I为立柱底部截面惯性矩;A为立柱底部截面面积。
将实例中H型钢尺寸代入式中,得出立柱底部最大应力为51.3 MPa<[σ]。
3.2 刚度验算
Δ=1/(EI)·1/3H·1/2qH2·3/4H=
(qH4)/(8EI)
(3)
其中,E为立柱材料的弹性模量;I为立柱底部截面的惯性矩。
一般声屏障立柱顶端的位移量应满足:Δ/H≤l/300[8-9],本例中,Δ/H=0.015≤l/300=0.017,满足要求。
4 柱脚连接验算
本例中立柱与基础连接采用地脚螺栓连接,地脚螺栓按同时受拉、受剪计算,即
(4)
单个螺栓所受剪力为:Nv=V底/n=2.33 kN
5 基础稳定性验算
抗倾覆稳定系数K0=(M自重+M桩)/M风荷载=1.65>1.2,满足要求[10]。
6 优化措施
经验算,本例基础的稳定性满足要求,因此本次设计取消了基础之间的系梁;同时由于基础抗倾覆稳定安全储备富裕不大,设计时适当增加了承台横向尺寸与钢管桩横向间距;增加了基础钢管桩的长度。
7 结 论
(1) 由于本例基础稳定性满足要求,设计时取消基础之间的系梁。
(2) 为提高基础的稳定性,可适当增加基础横向尺寸与钢管桩横向间距。
(3) 增加了基础钢管桩的长度。
(4) 施工前应加强对沿线敏感点的复查,防止设计过程中调查遗漏以及设计后现场增加的环境敏感点。
[1] GB 3096-2008,声环境质量标准[S].
[2] 王海丰.高速公路声屏障设计[J].北方交通，2013(3):110～112.
[3] 魏显威，尚晓东.高速公路声屏障设计中几个问题的探讨[J].公路交通科技，2002, 19(6):184～186.
[4] DGT J08-2086-2011,道路声屏障结构技术规范[S].
[5] JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].
[6] 刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2004.
[7] 李 艳.声屏障设计中的结构验算[J].噪声与振动控制,2007,27(3):97～99.
[8] 王 娟.声屏障声学及结构设计研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2008.
[9] 叶 炯.高速公路声屏障设计实例分析[J].交通标准化，2014, 42(1):8～10.
[10] JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].
2016-09-22；修改日期：2016-09-29
武 林(1985-)，男，安徽太和人，硕士，安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司工程师．
TU112.594
A
1673-5781(2016)05-0640-02
