涵洞是公路交通系统中重要的组成部分,造价和数量占比均较高。由于长期以来对公路涵洞的计算、设计不够重视,大多直接套用小跨径桥梁的设计标准,这导致涵洞在实际施工、使用、养护过程中经常出现一些问题。比如涵洞洞身出现纵、横向裂缝;涵洞基础开裂,不均匀沉降现象;端墙、翼墙出现裂缝或者倾斜等。尤其近年来,关于涵洞病害与事故频发,引起了工程界的广泛关注,这些问题小则造成一定的损失,大则造成工程进度推延,影响到整条线路的施工规划。涵洞根据填土厚度(以50cm为界)有明涵、暗涵之分。关于涵洞的受力计算,高填方涵洞主要考虑土压力,低填方涵洞虽考虑行车辆载作用,但通常视作静力。即使对于浅埋明涵,也简单视作简支梁,用简支梁的计算方式来考虑冲击效应。在现规范中更是仅仅以50cm的上覆物高度为界限来决定是否考虑动力作用,而这种规定又是从拱桥相关规范直接沿用过来的。除此之外,涵洞的种类多样,不同种类的涵洞力学特性差别很大,用一种方法来考虑显然是不够的。基于以上所述,本文在参阅大量研究与工程实例的基础上结合路基路面与涵洞的受力基本理论、动力模型试验以及ABAQUS数值模拟等方法,对涵洞在刚性路面与柔性路面两种不同模量的路面工况下,控制不同车速、不同填土高度进行了基于涵洞加速度的响应试验,主要工作与成果如下:(1)在充分参考大量理论研究与工程调研的基础上,从静力理论出发探讨了不同路面形式与地基、涵洞相结合时的受力规律,进一步结合动态车辆荷载分析了动力效应的作用与传递规律,为接下来以模型试验为主导、数值仿真为辅助的研究方案奠定了基础。(2)根据考虑到的对涵洞动力响应有关的几个重要影响因素,如路面形式、填高、车速,设计了理想原型试验。依照相似理论,推导了本次常规重力场动力模型试验应该遵循的相似准则,确定了主要参数的相似比尺,并设计了动力模型试验。(3)采用加速度传感器对不同工况的涵洞模型竖向和水平振动加速度信号进行了测量,进一步分析刚性路面与柔性路面加速度波形差异与动力作用规律之间的联系,得出荷载速度增加时,对涵洞横向振动影响更大。研究了不同路面下,涵洞加速度随填土高度的衰减规律,结合抗震规范,制订了以0.1g加速度为界限作为不考虑车辆对浅埋涵洞动力影响的安全阈值,进一步得到了相应的界限填土高度,刚性路面为50cm填土,70cm上覆物高度;柔性路面为60cm填土,80cm上覆物高度。(4)以原型为标准,建立了三维有限元动力模型。用动力分析步计算得到了原型工况下对应的涵洞垂直与水平加速度时程曲线,并与模型试验结果进行了对比验证,二者规律一致,但数值有微小差异。因此认为模型试验得到的结果是可信的,有实际参考意义。