偏土圧をうけるカルバートの解析事例#
社会インフラであるカルバートの設計や点検作業の効率化にむけてカルバートの変状等の要因の分析が行われています。その一環として偏土圧が与える影響をFEMで解析します。
解析概要#
車道や人道の地下道路として使われるカルバートが傾斜地盤下にある場合を想定し、その変形応力状態を有限要素法で解析します。カルバートは地中にあるため、土圧をうけるとともに、地盤のバネによって支持されています。カルバート内壁に発生するひずみ分布を求め、相対的に厳しい箇所を把握します。カルバ－トの剛性は鉄筋コンクリートとみなして設定しますが、配筋は一様であるとして、その方向は考慮しません。
図 1 解析モデル
- 斜めに盛り上がった土手状の下方にカルバートが貫通しています。斜めの土手の高さはカルバート頂面から高い方で 3ｍ と低い方で 1m に設定します。
- カルバートは上り下りの 2 車線を有すとし横幅 11ｍ ＊高さ 5.4ｍ に設定します。
- 地盤の底面と側面は固定（3 方向支持）地盤下部の前後面も固定（3 方向支持）します。
- カルバートの外側面＆天板に土圧をかける。入口、出口の前後面は大気開放とします。
- カルバートの長さは 20m に設定します。
材質#
| 構造区分 | 材質 | 備考 |
|---|---|---|
| 地盤 | 弾性 | 砂質土 ヤング率 ；26000kPa ポアソン比；0.3 |
| カルバート | 弾性 | 鉄筋コンクリート ヤング率；25000000kPa ポアソン比；0.3 |
土圧荷重#
図１ 荷重分布
| 項目 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| 土被り | ||
| 土の単位体積重量（19） | ||
| 土圧係数（0.4） | ||
| 上載土による鉛直土圧 | ||
| 地表面からの深さ における水平土圧 |
解析結果#
- 天板の幅のほぼ中央に引張ひずみが集中します。開口端ではさらにひずみが増加します。
- 底版のひずみは天板よりひずみが小さいです。開口端では同様にひずみが増加します。
- 側壁にはほぼ圧縮ひずみが見られるが絶対値は小さいです。
図2 カルバートの変形、地盤の沈下量（m）
図３ コンクリート内表面のひずみ分布
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