一种拱形挡墙的设计方法与流程

本发明涉及路基支护，具体涉及一种拱形挡墙的设计方法。

背景技术：

1、挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。在挡土墙横断面中，与被支承土体直接接触的部位称为墙背；与墙背相对的、临空的部位称为墙面；与地基直接接触的部位称为基底；与基底相对的、墙的顶面称为墙顶；基底的前端称为墙趾；基底的后端称为墙踵。目前，常用的边坡治理采用的结构均为平直型墙体。

2、但现有技术中，由于平直型墙体弯矩大、抗弯能力差的弱点，导致无法充分利用圬工材料的抗压强度，导致现有圬工挡墙高度有限，同时圬工量大。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术的不足，目的在于提供一种拱形挡墙的设计方法，采用本发明设计的拱形挡墙，可充分利用圬工材料的抗压强度，克服平直型墙体弯矩大、抗弯能力差的弱点，突破了现有圬工挡墙高度极限，同时降低圬工量。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种拱形挡墙的设计方法，包括以下步骤：

4、根据现场地形条件，选定拱形挡墙类型；所述拱形挡墙类型包括等高拱形挡墙和削竹式拱形挡墙；

5、采用三铰拱模型，并在两端拱肩和拱脚处设置约束，以其中一端的拱肩点作为原点，建立坐标系；其中，设置单拱时为地质体进行拱肩约束，设置连拱时为构造物进行拱肩约束；

6、根据现场用地条件，选定拱轴线类型及其计算模型，并得到拱的矢高；

7、基于墙背荷载，对拱内力进行分析，并在竖直方向上等高度划分墙体高度，计算墙体任一高度的荷载；

8、基于对应墙体高度的荷载，计算对应跨度代表点处的内力，并根据拟订的材料强度计算确定该跨度代表点的最小厚度，以此确定拱形挡墙的设计结构。

9、更进一步的方案，当现场用地条件不受限，且拱肩基础良好时，所述拱轴线为圆弧线，此时计算模型为：

10、

11、式中：r为圆弧形半径，f为矢高，l为跨度，单位：m。

12、更进一步的方案，当现场用地条件受限时，所述拱轴线为悬链线，此时计算模型为：

13、

14、式中：m为拱轴系数：m＝q0/qc，其中q0和qc分别为拱肩、拱顶处的恒载强度值；

15、k和λ为简化参数，数学关系如下：

16、x＝lλ，其中其中σm0为半拱恒载对拱肩的弯矩。

17、更进一步的方案，当m＝1时，轴线方程曲线为二次抛物线，其计算模型为：

18、

19、更进一步的方案，对拱内力进行分析包括以下具体分析步骤：

20、计算拱的竖向支承力：a点：b点：a点为坐标系原点，b点为另一端拱肩点；式中当q为均布荷载时，

21、计算拱的水平推力：a、b两点的左右推力应平衡，即：

22、

23、随后计算挡墙矢跨比：挡墙合理的矢跨比(f/l)应当使得hax≥vay或hbx≥vby，即：

24、

25、然后再计算任一拱截面弯矩m、轴力n、剪力q。

26、更进一步的方案，所述弯矩m、轴力n、剪力q的计算模型分别为：

27、

28、

29、

30、更进一步的方案，当拱形挡墙类型为等高拱形挡墙时，理想拱轴线状态下，任一截面的弯矩m＝0，此时压力线与拱轴线相吻合，拱轴线为悬链线的压力线方程为：

31、

32、拱背任一截面在x方向的夹角的计算方程为：

33、

34、更进一步的方案，在进行拱荷载计算时，当设置成路堤墙或无纵坡的路肩墙，竖直方向上按土压力规律计算，即qh＝q(h)，墙背同一水平面上的土压力视为恒载，其中：h为墙背填土高度，单位：m；则：

35、

36、式中：ki为主动、被动、静止等状态的侧向土压力系数，γi和hi为各填土层的重度(kn/m3)和计算厚度(m)；

37、墙背填土的原地面线为倾向墙体的斜坡，或墙背为滑坡时，滑动面处的荷载为：

38、

39、墙体任一高度的荷载为：

40、

41、更进一步的方案，当设置成路肩墙时，行车荷载换算成等效土压力值作为荷载强度。

42、更进一步的方案，当拱形挡墙类型为削竹式拱形挡墙时，墙背荷载为非恒载，首先求得荷载qx＝q(x,hi)，随后再分别计算拱的竖向支撑力、水平推力以及弯矩、剪力、轴力，作为计算应力。

43、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

44、本发明提供的一种拱形挡墙的设计方法，采用本发明设计的拱形挡墙，可充分利用圬工材料的抗压强度，克服平直型墙体弯矩大、抗弯能力差的弱点，突破了现有圬工挡墙高度极限，同时降低圬工量；并有利于大幅提高常规土木建筑材料的使用效益，且具有预制构件装配化施工的潜力，对保障施工质量、降碳都具有较大的意义。

1.一种拱形挡墙的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种拱形挡墙的设计方法，其特征在于，当现场用地条件不受限，且拱肩基础良好时，所述拱轴线为圆弧线，此时计算模型为：

3.根据权利要求1所述的一种拱形挡墙的设计方法，其特征在于，当现场用地条件受限时，所述拱轴线为悬链线，此时计算模型为：

4.根据权利要求3所述的一种拱形挡墙的设计方法，其特征在于，当m＝1时，轴线方程曲线为二次抛物线，其计算模型为：

5.根据权利要求1所述的一种拱形挡墙的设计方法，其特征在于，对拱内力进行分析包括以下具体分析步骤：

6.根据权利要求5所述的一种拱形挡墙的设计方法，其特征在于，所述弯矩m、轴力n、剪力q的计算模型分别为：

7.根据权利要求6所述的一种拱形挡墙的设计方法，其特征在于，当拱形挡墙类型为等高拱形挡墙时，理想拱轴线状态下，任一截面的弯矩m＝0，此时压力线与拱轴线相吻合，拱轴线为悬链线的压力线方程为：

8.根据权利要求7所述的一种拱形挡墙的设计方法，其特征在于，在进行拱荷载计算时，当设置成路堤墙或无纵坡的路肩墙，竖直方向上按土压力规律计算，即qh＝q(h)，墙背同一水平面上的土压力视为恒载，其中：h为墙背填土高度，单位：m；则：

9.根据权利要求8所述的一种拱形挡墙的设计方法，其特征在于，当设置成路肩墙时，行车荷载换算成等效土压力值作为荷载强度。

10.根据权利要求5所述的一种拱形挡墙的设计方法，其特征在于，当拱形挡墙类型为削竹式拱形挡墙时，墙背荷载为非恒载，首先求得荷载qx＝q(x,hi)，随后再分别计算拱的竖向支撑力、水平推力以及弯矩、剪力、轴力，作为计算应力。