线路设计法论文范文

关键词：高填方涵洞拱效应理论太沙基理论规范土柱法非线性土压力

中图分类号：F407.4文献标识码：A文章编号：

现今我国高等级公路建设发展迅速，为满足高速公路线形要求，高填方涵洞的应用越来越多。现行《公路桥涵设计手册》对于拱顶垂直土压力采用的是土柱压力法,即垂直土压力与填土高度成线性关系,设计人员为了保证涵洞不被压裂甚至压坏,不惜加大安全系数,加大结构尺寸,这就造成了工程上的极大浪费。故本文针对高填方涵洞上土压力的复杂性，综合理论及工程实例分析拱效应理论、太沙基理论、规范土柱法及非线性土压力计算公式在高填方涵洞上土压力计算中的应用，供理论研究和设计参考．

一．高填方涵洞土压力计算典型理论分析

1．卸载拱法

“卸载拱法”又称拱效应理论，以普氏卸载拱理论为基础，普氏认为，岩体中存在许多纵横交错的节理裂隙和各种弱面，并将岩体切割成尺寸不等、形状各异、整体性完全破坏的小块岩体。由于岩体间相互楔入与镶嵌，可将其视为具有一定内聚力的松散体。开控后由于应力重分布，使洞室围岩发生破坏，首先引起顶部岩体塌落，但这种塌落是有限的，当岩休塌落到一定程度后，岩体进入新平衡状态，而这种平衡状态就是形成了一个自然平衡拱，也称其为压力拱。

由普氏理论得到的作用于洞室上的土压力为：

2．太沙基（K.Terzaqhi）地压理论

同普氏理论，在太沙基理论中，也视地层岩体为具有一定内聚力的松散体，便是，对引起地下洞室的压力原因与普氏理论完全不同。太沙基理论认为，地下洞室的压力由地层的应力传递所引起。其计算公式如下：

3．规范土柱法

即土压力大小与涵顶填土高度成正比，

4．非线性土压力理论

杨锡武教授将模型试验数据回归分析，得出高填方涵洞的非线性土压力计算公式，即所谓高填方涵洞的非线性土压力计算方法是以试验结果为依据，根据涵顶土压力随填土高度变化的规律，通过统计分析，找出土压力与填土高度间的统计关系。

模型试验和数值模拟（ansys软件）计算得到的涵顶土压力随填土高度变化的关系曲线表明：在填土较低（0~18m）时，涵顶填土的土压力增长较快，涵顶土压力与填土高度的关系近似成线性变化，在较高填土时则成曲线关系变化。产生这种变化关系的原因是在较低填土条件下，涵洞上方的拱效应不明显，土压力随填土高度的增加成线性增加；当填土较高（>18m）时，涵顶上方的拱效应越来越明显，但由于高填高涵洞上方卸载荷拱具有不稳定性的特点，当涵顶填土高度增加时，仍有部分土压力传递到涵顶，使得土压力不随填土高度增加成线性关系增长。基于这种变化关系，提出采用以下数学模型用于计算高填高涵洞的土压力，从而进行结构设计：

进而考虑诸如不同跨径、不同填料容重、不同结构形式、不同设涵位置等边界条件，以及与其他土压力计算理论和方法的对比，并考虑实际的施工条件，经过回归分析得出具体高填方涵洞的非线性土压力计算公式：

狭窄沟谷沟心设涵：

宽坦沟谷沟心设涵：、

二．设计算例

1．设计资料：

某工程高填土涵洞涵顶填土高度40m，且涵洞位于宽坦地形，涵洞结构形式为盖板涵，跨径为3m，涵台高度为3m，填料为碎石土，内磨擦角，黏聚力，填土容重。

2．应用以上四种理论计算涵洞的涵顶土压力

1）卸载拱法

2）太沙基（K.Terzaqhi）地压理论

3）规范土柱法

4）非线性土压力理论

三．结合理论及算例结果对比分析土压力计算方法

1．在四种方法中，规范土柱法计算所得土压力最大，过于保守，所以在我国《公路桥涵设计通用规范》中的线性土压力计算理论未能全面反映高填方下涵洞的受力机理，造成结构断面尺寸过大。

2．卸载拱理论计算所得土压力明显小于规范土柱法，但仍需强调的是，由于填料是与岩石不同的散粒体，而前述的填土密实要达到稳定的程度也需要相当长的时间。因此，从某种程度上计，高填方涵洞设计按卸载拱理论是不安全的。

3．从算例明显看出，太沙基理论计算所得土压力最小，但通过工程实例分析，填土达到一定高度时压力并不是不再传递，而是以另外一种规律的方式传递，即不再是规范法中的线性传递。

4．非线性土压力计算方法是一种介于普氏卸载拱理论和太沙基地压理论之间的一种深埋式地下洞室的土压力计算理论和方法。其特点是通过计算简单的参数，根据公式求得高填土的土压力，既考虑了“卸载拱法”中的拱效应，又兼顾了其不稳定性的特点，避免了对拱效应过高或者过低的估计，导致涵洞结构设计土压力过大过小，即可以合理确定涵洞结构尺寸，将安全性与经济性综合考虑，达到“安全、经济”的设计原则。因此，考虑了拱效应的非线性土压力计算方法是较合理的高填方土压力计算的理论和方法。

四．对比工程实例分析采用非线性土压力计算方法与公路《桥涵设计规范》方法计算所得涵洞结构设计

某工程高填土涵洞涵顶填土高度：H=23.3m，涵洞结构形式为石拱涵，设计荷载：公路Ⅰ级；

土的容重：，土的内摩擦角；材料容重：圬工采用，拱背填料；建筑材料：拱圈采用M10浆砌40#块石，；涵台及基础采用M7.5浆砌40#块石，。

采用公路《桥涵设计规范》方法

1）计算土压力：

2）涵洞结构设计尺寸如下：（结构形式如图a）

净跨径：2.0m，净矢高：，拱圈厚t=0.9m，净矢跨比：

涵台顶宽a=2.2m,涵台高为2.0m,基础高t=1.5m.

3）计算所得内力如下：

拱顶弯矩，拱顶剪力；

拱脚弯矩，拱脚剪力，

涵台最大弯压应力，基底最大应力

2．采用非线性方法：

1）计算土压力：

2）所得涵洞结构设计尺寸如下：（结构形式如图b）

净跨径：2.0m，净矢高：，拱圈厚t=0.4m，净矢跨比：，涵台顶宽a=1.5m,涵台高为1.0m，基础高t=0.6m.

3）计算所得内力如下：

拱顶弯矩，拱顶剪力，

拱脚弯矩，拱脚剪力，

涵台最大弯压应力，基底最大应力

3．结论

通过上述计算及图a,b可以看出，非线性土压力计算方法及规范土柱法计算所得结构设计存在较大差异，由于非线性土压力计算更接近工程实际，而规范土柱法过于保守，因此采用非线性理论更经济合理。

五．结语

结合卸载拱法、太沙基地压理论、规范土柱法和非线性土压力理论四种典型高填方涵洞土压力方法的理论及算例分析，总结得出非线性土压力计算方法是一种较合理的方法。但仅是一种建立于模拟试验之上的理论计算方法，因此仍有待进一步的实验研究和工程实例来佐证，以便更好的应用于结构设计和理论研究中。

参考文献：

[1]孙家驷．公路小桥涵勘测设计．人民交通出版社，2004．

[2]熊启钧．涵洞．中国水利水电出版社，2006．

[3]孟广文，赵卫国．简明公路桥涵设计实用指南．人民交通出版社，2005．

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关键词：公路线路设计技术手段优缺点评析

中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）04（c）-0126-01

公路施工质量的好坏，投资效益的高低，都与公路设计的质量好坏息息相关。一般来说，设计方案对工程造价的影响占到75%[1]，改变设计方案是节约工程造价的最有效手段。同时，在按图施工的模式下，设计方案的质量则直接决定施工质量，直接决定公路建成后能否发挥良好的经济社会效益。因此，有必要对公里设计技术手段进行研究，不断改进公路设计的技术手段，为提供高质量的公路设计方案提供技术支撑。文章对公路设计中常用的设计手段进行研究，总结它们在实践中的应用，以期提高公路设计方案的质量。

1公路设计的常用技术手段

随着公路设计理论的创新和计算机技术的发展，公路设计的基本理论和方法和计算机软件相结合，使得公路设计的技术手段有了长足的进步和发展。当前，常用的技术手段有如下这些。

1.1CAD技术

CAD技术是目前在建设工程领域使用最为广泛的技术，也是相对而言比较成熟的技术。早在1992年，便有相关学者对此展开了研究。赵喜安（1992）[2]研究了互通式立交的计算机辅助设计与绘图系统，建立了适合计算机特点又给用户提供了最大自由决策的线元设计法，它能迅速有效地由线元构造出各种复杂线形，并可支距出任意条线性、抛物线或圆弧等有确定函数关系的偏置线。该方法实现了方案的比选和优化设计，可以完成各种型式互通立交的初步没计和施工图设计与绘图的主要工作。

1.2DTM实现技术

赵永平（2009）[1]在研究如何将传统的公路线路设计中的外业测量和内业作图有机结合起来，以提高路线设计的效率时候，提出把外业测量采集数据的过程通过数字地面模型DTM技术由计算机自动在内业完成，形成集数据采集、路线设计、成果输出等多项任务于一体的设计集成系统。该系统主要包含三个核心技术模块，一是数字地面模型DTM的构建及数据采集技术；二是设计图表自动生成技术；三是HSDIS道路勘测设计一体化集成系统的功能及程序设计方法。数字地面模型DTM是指利用一个任意坐标场中大量选择的已知x，y，z的坐标点对连续地面的一个简单的统计表示。数字地面模型是一个数学模拟的过程，即用地形表面的按一定精度进行观测的大量采样点三维坐标表达地形表面。图表自动生产主要采用的是excel软件和AutoCAD软件以及VB语言编写的源程序，方便其他用户编辑、保存和技术交流。

1.3三维关联优化设计技术

郭腾峰（2005）[2]在研究山区高速公路设计中路线方案比选和优化等迫切问题时，在数字地面模型技术的基础上，研究和开发了公路平、纵、横和三维模型之间实时关联互动的公路三维关联优化设计技术。该技术用到的核心技术主要有高速三维建模与优化技术、高速数据提取与分段技术、高速数模插值计算技术、平纵横三维图形实时刷新技术、计算机多线程运用技术、三维模型建立与显示技术、网络数据共享技术和三维动态影像处理技术。

1.4Supermap公路路线辅助决策支持系统

赵建三（2007）[4]针对现行公路路线CAD系统尚不足以解决公路路线方案比选这类多目标空间决策问题的现实短板，将地理信息系统技术应用于公路设计，开发了基于Supermap公路路线辅助决策支持系统。该系统采用面向对象编程语言、数据库技术、Supermap组件式开发工具和DSS技术，建立适用面向空间层次体系的数据结构以及开放式系统结构，提供功能完善的信息查询和决策支持。该系统主要包括数据管理模块、公路选线模块和路线辅助决策模块。该系统包含的主要模型有公路路线决策因子模型、公路路线决策排序模型和CAD数据转换模块。

2常用技术手段优缺点评析

以上总结的4种常用技术手段，由于发展阶段和所处时代不同，科技发展水平对于这些方法的发展、推广和应用有着重要的影响。现就这些常用技术手段的异同点进行如下的评析。

2.14种方法的共同点

从以上对各个方法的介绍中可以看出，这四种方法的共同点有以下这些：①都以AutoCAD技术为基础。AutoCAD作为使用时间最长，在实践中得到广泛应用和不断修正的软件，被很多专业人员所熟悉和接受，在它的基础上进行改进或者和其他方法综合便于业界接受；②三维技术的应用是热点。以上四种方法中，AutoCAD方法中其实本身包含三维建模功能，只是这种功能不能很好的适应公路线路设计的线形需求。其他几种方法，则是将空间数据引入传统的设计工作，使得路线设计工作的外业测量和内业绘图实现某种程度上的整合和衔接，便于后续的改动，以提高工作效率；③多学科、多种方法融合是发展趋势。上述四种方法，AutoCAD和其他学科和方法的融合是设计方法进步的重要来源。其中以AutoCAD和地理信息系统方面的知识和软件相结合最为常见。④计算机技术是这些方法应用的重要保障。这些方法大多依赖于计算机或者软件完成，尤其是其中的一些编程工作是复杂计算和图形导出的关键所在，而这则有赖于计算机技术的成熟，没有相应的计算机技术是无法开发这些软件的，更谈不上进一步的推广和应用。

2.24种方法的差异点

AutoCAD方法最为成熟，主要是辅助绘图，其他方面的功能有限。DTM实现技术则将传统的外业勘探和内业绘图结合起来，是在传统的AutoCAD绘图技术上的一种整合和延伸。三维关联优化设计技术则是将绘图和其他功能模块相结合，实现计算、图形建模和三维显示的有效整合。Supermap公路路线辅助决策支持系统的亮点在于将AutoCAD技术和地理信息系统模型有效结合，同时实现了多方案比选的智能化，系统的功能和其他三种方法相比是最强的。

3研究结论

公路路线设计是一项复杂的系统工程，传统的设计方法和技术手段存在工作量大，效率不高，修改工作任务繁重的问题。公路路线设计技术手段的发展和最新进展是值得从业者关注的一个重大问题，文章对当前公路设计中常用的技术手段进行总结，并对他们的异同点进行评述，指出它们各自的优缺点，以便于业界更好地认识这些方法，促进这些方法的应用，为设计工作的繁荣发展提供参考和借鉴。

参考文献

[1]赵永平，马松林，王百成.道路勘测设计一体化的DTM实现技术[J].哈尔滨工业大学学报，2009，7（7）：155-159.

[2]赵喜安，洪德昌.互通式立交计算机辅助设计与绘图系统[J].中国公路学报，1992，5（2）：32-39.

线路设计法论文范文篇3

关键词：变电所，配电所，存在问题，规范

10、6kV配电所及10、6/0.4kV变电所设计，是工程建设中非常普通又非常重要的一项工作，其规范性和技术性都很强，许多方面涉及到国家强制性条文的贯彻落实。要做好变配电所设计既要执行国家现行的有关规范和规程，又要满足当地供电部门的具体要求，否则会出现种种问题，影响设计质量和工程进度。为了做好变配电所的设计，现将本人在我院变配电所设计图纸时发现各种问题中的一部分整理出来，进行简要的分析，与大家相互交流，以便共同提高。

1.对土建的要求在GB50053－94《10kV及以下变电所设计规范》中明确规定了变电所所址选择和对建筑等有关专业的要求，在执行中我们还存在不少具体问题，现仅列举以下几例略加分析，今后设计时应予以重视。

1）牱阑鹛糸埽撼导涓缴璞涞缢选用油浸电力变压器时，有的未在变压器室大门的上方设置防火挑檐。在工程建设标准强制性条文GB50053－94的第6.1.8条，规定在多层和高层主体建筑物的底层布置有可燃性油的电气设备时，其底层外墙开口部位的上方应设置宽度不小于1.0m的防火挑檐”。

2）牥踩出口：有的设计在长度大于7m的配电室仅设一个出口或设两个出口但靠近同一端。这不符合GB50053－94第6.2.6条的规定，规范要求长度大于7m的配电室应设两个出口，并宜布置在配电室的两端”。

3）犃焊撸河械纳杓圃诳悸鞘夷诰桓呤蔽醇萍傲旱母叨取S捎诒渑涞缢的跨度较大，有时梁的高度可达800mm左右，故在提土建条件层高时应考虑梁的高度。

4）犞蛋嗍遥河械纳杓平值班室设在交通不便的里角。这不符合GB50053－94的第4.1.6条规定，该条规定有人值班的配电所，应设单独的值班室。高压配电室与值班室应直通或经过通道相通，值班室应有直接通向户外或通向走道的门。”

5）牭缋鹿担河械谋涞缢内双排布置的低压配电屏仅在屏底和后侧设置地沟，两排屏的沟之间互不连通。为了方便电缆的进出和今后线路的调整，宜将所内所有主电缆沟和控制电缆沟均连通。

2.推荐选用D，yn11结线变压器最近十年，在TN系统中采用D，yn11结线组别的变压器已很普遍，但还有不少工程仍选用Y，ynO结线组别的变压器，其原因主要是不清楚前者的优点。论文格式，存在问题。在GB50052－95《供配电系统设计规范》中第6.0.7条规定：在TN及TT系统接地型式的低压电网中，宜选用D，yn11结线组别的三相变压器作为配电变压器”。这里宜选用”的理由，主要基于D，yn11结线比Y，ynO结线的变压器具有以下优点：

1）有利于抑制高次谐波电流。三次及以上高次谐波激磁电流在原边接成形条件下，可在原边形成环流，有利于抑制高次谐波电流，保证供电波形的质量。

2）有利于单位相接地短路故障的切除。因D，yn11结线比Y，ynO结线的零序阻抗小得多，使变压器配电系统的单相短路电流扩大3倍以上，故有利于单相接地短路故障的切除。

3）能充分利用变压器的设备能力。论文格式，存在问题。论文格式，存在问题。Y，ynO结线变压器要求中性线电流不超过低压绕组额定电流的25％熂鸊B50052－95第6.0.8条牐严重地限制了接用单相负荷的容量，影响了变压器设备能力的充分利用；而D，yn11结线变压器的中性线电流允许达到相电流的75％以上，甚至可达到相电流的100％，使变压器的容量得到充分的利用，这对单相负荷容量大的系统是十分必要的。论文格式，存在问题。因此在TN及TT系统接地型式的低压电网中，推荐采用D，yn11结线组别的配电变压器。论文格式，存在问题。

3.断路器选择与短路电流计算在低压配电系统中用作保护电器的有断路器和熔断器两种。目前我们使用最多的是断路器，用它来作配电线路的短路保护和过载保护。但是，在选用低压断路器时存在不少问题，其中突出的问题是没有进行短路电流计算。配电线路短路保护电器的分断能力应大于安装处的预期短路电流。选择断路器应先计算其出口端的短路电流，但有的设计者却没有进行短路电流计算，所选短路器的极限短路分断能力不够，不能切断短路故障电流。要确定断路器安装处的短路电流，可按设计手册进行计算，但比较烦杂；也可以采用短路电流查曲线法”来确定计算电流，比较简便。现将由上海电器科学研究所设计、浙江瑞安万松电子电器有限公司断路器产品资料中提供的一种短路电流查曲线法”附在后面。通过查此曲线，可以较方便地求得任意安装位置的短路电流近似值。所举例子的短路点仅为假设，实际工程设计中最常用的短路点是选在保护电器的出口端。论文格式，存在问题。

4.断路器与断路器的级联配合低压配电线路采用断路器作短路保护时，断路器的分断能力必须大于安装处可能出现的短路电流。但是有时不能满足此要求。例如：C45N、C65N/H微型断路器的分断能力仅分别为6kA、10kA，但其安装处出口端的短路电流有时可达15kA甚至更高。论文格式，存在问题。这时可用两路办法来解决此问题，第一是改用短路分断能力高的塑壳断路器；第二是仍选用微型断路器，利用其与上级断路的级联配合来实现短路保护。但是，进行级联配合的上下级断路器的选择须满足下列条件：

1）先决条件是上级断路器的固有分断时间比下级断路器的全分断时间短。论文格式，存在问题。也就是说下级断器出口端短路时，下级未来得及切断短路电流，上一级先行切断了短路电流。论文格式，存在问题。

2）下级断路器虽不能切断短路电流，但下级断路器及其被保护的线路应能承受短路电流的通过。

3）越级切断电路不应引起故障线路以外的一、二级负荷的供电中断。论文格式，存在问题。论文格式，存在问题。

4）上下级断路器宜采用同一系列的产品，其额定电流等级最好相差1～2级，或根据生产厂提供的级联配合表来选择。现将施耐德电气公司提供的级联配合表附后。由此表可见，C65N/H型断路器可与NS100、NS160、NS250型断路器进行级联配合，不能与更大的NS400、N630及以上的断路器进行配合，更不能直接接在变压器低压侧框架式主开关后的母线低压屏上。

综上所述，我们在变配电所设计中还存在各种各样的问题，有待今后改进。本人的简单分析和点滴看法，仅供参考。论文格式，存在问题。不当之处，请予以指正。