高扶壁式擋土墻三維有限元分析

高扶壁式擋土墻三維有限元分析

由于邊坡防護(hù)墻具有經(jīng)濟(jì)設(shè)計、美化道路結(jié)構(gòu)、施工方便等特點，已成為道路安全道路分割防護(hù)墻的一種常見形式。扶壁式擋土墻通過扶壁將立壁同踵板連接起來,改善了立壁和踵板的受力條件,提高了結(jié)構(gòu)的剛度和整體性;但同時由于扶壁的設(shè)置,使擋土墻結(jié)構(gòu)受力、墻后土壓力分布與懸臂式擋土墻相比都產(chǎn)生了較大的變化,增加了擋土墻的設(shè)計難度。本文意在通過有限元理論,分析扶壁式擋土墻受力,尋找結(jié)構(gòu)受力不利部位,以便在結(jié)構(gòu)設(shè)計時能夠有的放矢,進(jìn)行重點設(shè)計。瀝青混凝土路面某平原區(qū)一級公路,雙向六車道,路基寬32m,設(shè)計速度為80Km/h,瀝青混凝土路面。為了減少征地、拆遷、美化路容,在一分離式立交橋頭引道采用扶壁式路肩擋土墻進(jìn)行路基邊坡防護(hù),墻高5m~11m。模型建立及邊界條件本文采用MIDAS-GTS軟件建立11m高扶壁式擋土墻三維計算模型,模型計算范圍:長度取一個擋土墻結(jié)構(gòu)長度10m,回填土寬度取路基寬度的一半。為了便于結(jié)構(gòu)受力分析,擋土墻采用板單元,回填土采用實體單元,模型及網(wǎng)格劃分如圖1。模型邊界條件:扶壁式擋土墻底部采用全固定邊界,即不允許擋墻產(chǎn)生滑動或沉降,擋墻兩側(cè)邊界在擋墻長度方向固定,墻后土體底部邊界垂直方向固定,兩側(cè)邊界在擋墻長度方向固定,,土體后方邊界垂直于墻長方向固定。施加的外力為結(jié)構(gòu)自重及由路面面汽車荷載換算的等效均布荷載。屈服準(zhǔn)準(zhǔn)則采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則。各模型材材料物理力學(xué)參數(shù)取值如表1。墻下內(nèi)壓應(yīng)力從圖2可以看出,由于扶壁對土體體的影響,作用于立壁的水平土壓應(yīng)力顯顯著呈非線性分布。立壁后沿墻高方向,,最大壓應(yīng)力值出現(xiàn)在墻高1m~4m處,,其上側(cè)、下側(cè)壓應(yīng)力急劇減小;立壁后后沿墻長方向,也存在相似的分布,中部部土壓應(yīng)力大,扶壁處壓應(yīng)力小。由于土土壓力分布的非線性及扶壁的設(shè)置,使扶扶壁式擋土墻在結(jié)構(gòu)受力上具有其自己的的特點(見圖3)。擋墻鋼筋分布從圖4可以看出,立壁承受的最大大水平負(fù)彎矩及最大水平正彎矩在豎直方方向上分別發(fā)生在扶壁跨中2m~7m墻高高處和扶壁固支處的2m~7m墻高處。立壁在土壓力的作用下,除了產(chǎn)產(chǎn)生上述的水平彎矩外,將同時產(chǎn)生沿墻墻高方向的豎直彎矩。其扶壁跨中的豎直直彎矩沿墻高的分布如圖5所示,正彎矩矩出現(xiàn)在墻背一側(cè)底部1m范圍內(nèi);負(fù)彎彎矩出現(xiàn)在墻面一側(cè),最大值出現(xiàn)在墻高高2m~5m范圍內(nèi)。立壁水平受拉鋼筋配筋設(shè)計時,應(yīng)應(yīng)分為內(nèi)、外側(cè)兩種鋼筋。內(nèi)側(cè)水平受拉拉鋼筋布置在立壁靠填土一側(cè),承受水平平正彎矩,以扶壁處彎矩進(jìn)行設(shè)計,并對對2m~7m墻高處進(jìn)行重點設(shè)計;外側(cè)水平受拉鋼筋布置在立壁臨空一側(cè),承受水平負(fù)彎矩,以立壁中部彎矩進(jìn)行設(shè)計,并對2m~7m墻高處進(jìn)行重點設(shè)計。立壁豎向受力鋼筋配筋設(shè)計時,也分為內(nèi)、外側(cè)兩種鋼筋。內(nèi)側(cè)豎向受力鋼筋布置在靠填土一側(cè),承受立壁的豎向正彎矩,以立壁正彎矩進(jìn)行設(shè)計,并以扶壁間立壁作為設(shè)計重點部位。外側(cè)豎向受力鋼筋布置在立壁臨空一側(cè),承受立壁的豎向負(fù)彎矩,并以扶壁間立壁作為設(shè)計重點部位。為增強立壁與扶壁的連接,可設(shè)置立壁與扶壁間的U形拉筋,其開口向扶壁的背側(cè)。扶壁結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計從圖6、7可以看出,扶壁在土壓力作用下,在墻高2m~4m范圍內(nèi)的扶壁背側(cè)部位存在較大的拉應(yīng)力,也成為扶壁結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計時的重點部位。在配筋設(shè)計時,扶壁背側(cè)的受拉鋼筋應(yīng)根據(jù)扶壁的彎矩,分別計算所需的拉筋根數(shù)。受拉鋼筋可多層排列,各層鋼筋上端可按不需此鋼筋的截面再延長一個鋼筋錨固長度。除受力鋼筋外,還需根據(jù)截面剪力配置箍筋,并按構(gòu)造要求布置構(gòu)造鋼筋。家庭暴力主體的橫向布置從圖8可以看出,踵板沿墻長方向承受的最大正彎矩位于踵板的中部靠填土側(cè),承受的最大負(fù)彎矩位于扶壁與踵板的連接處。從圖9可以看出,踵板垂直于墻長方向承受的最大正彎矩出現(xiàn)在踵板的根部,由于在荷載作用下立壁與墻踵板有相反方向的移動趨勢,即在墻踵板根部產(chǎn)生與立壁豎直正彎矩相等的橫向正彎矩。趾板垂直于墻長方向承受的最大正彎矩出現(xiàn)在趾板根部。踵板在配筋設(shè)計時,沿墻長方向在踵板頂面和底面配置縱向水平受拉鋼筋,以承受踵板在扶壁兩端的負(fù)彎矩和踵板中部的正彎矩;垂直于墻長方向在踵板頂面布置橫向水平鋼筋,以使立壁承受豎直正彎矩的鋼筋得以發(fā)揮作用,其一端伸入立壁一個鋼筋錨固長度,另一端伸至墻踵端。同時,為增強踵板與扶壁的連接,可設(shè)置U形拉筋,其開口向上。趾板主要是在垂直于墻長方向布設(shè)受力鋼筋,受力鋼筋設(shè)置于趾板的底面,該筋一端伸入立壁與趾板連接處并伸過不小于一個錨固長度,另一端延伸到墻址。結(jié)構(gòu)配筋及單元本文通過有限元理論,對扶壁式擋土墻的受力進(jìn)行了分析,確定了扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)受力不利部位,并對結(jié)構(gòu)配筋,進(jìn)行了簡要論述。為方便結(jié)構(gòu)受力分析,擋土墻采