一种具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构论文和设计

全文摘要

一种具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构，包括顶板、中墙、边墙和底板，其特征在于：顶板由上板、下板、侧板和端板组成为空腔结构，设置在中墙和边墙上端，空腔结构内充填轻型材料。本实用新型的有益效果是：能够减轻顶板自重和填土负荷，并对冲击荷载具有良好的吸收和分散作用，提高结构的承载能力，使结构具有良好的稳定性和安全性。

主设计要求

1.一种具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构，包括顶板（1）、中墙（2）、边墙（3）和底板（4），其特征在于：顶板（1）由上板（5）、下板（6）、侧板（7）和端板（8）组成为空腔结构，设置在中墙（2）和边墙（3）上端，空腔结构内充填轻型材料。

设计方案

2.如权利要求1所述的具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构，其特征在于：边墙（3）外侧、上板（5）外侧和侧板（7）外侧设有防水保护层（9）。

3.如权利要求1或2所述的具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构，其特征在于：轻型材料为陶粒或泡沫轻质土。

4.如权利要求1或2所述的具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构，其特征在于：空腔结构为一个空腔（10）或由一个以上的空腔（10）组成。

5.如权利要求3所述的具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构，其特征在于：空腔结构为一个空腔（10）或由一个以上的空腔（10）组成。

6.如权利要求1、2或5所述的具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构，其特征在于：空腔（10）沿矩形框架结构延伸方向截面为矩形或蜂窝形。

7.如权利要求3所述的具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构，其特征在于：空腔（10）沿矩形框架结构延伸方向截面为矩形或蜂窝形。

8.如权利要求4所述的具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构，其特征在于：空腔（10）沿矩形框架结构延伸方向截面为矩形或蜂窝形。

9.如权利要求1、2、5、7或8所述的具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构，其特征在于：空腔结构为一体成型或预制构件。

10.如权利要求6所述的具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构，其特征在于：空腔结构为一体成型或预制构件。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及交通道路的隧道建筑结构技术领域，特别涉及一种具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构。

背景技术

随着我国铁路建设的快速发展，一条条铁路穿梭于崇山峻岭之间，当交通道路穿越山体进行铺设时，首先要在山体中修建隧道，并在隧道内架设轨道或铺设路面，进出隧道的洞门则往往要设置在山体的坡面上，为保证洞口施工以及运营安全，在高边坡、危岩落石地段通常采用隧道明洞方案，因受地质、地形条件的限制或者车站设置的要求，难以修建拱形明洞时，通常采用矩形框架结构。目前，隧道跨度已经由一般单、双线隧道发展到三、四线隧道，随着隧道跨度的不断突破，矩形框架结构顶板上回填土厚度和荷载在不断增加，使得结构难以满足承载力要求，如果为了减小回填土厚度和荷载，就需要增加顶板的截面尺寸，而顶板一般采用实心混凝土或实心钢筋混凝土，这样便会增加顶板自重和大幅增加工程投资。在回填土逐层回填过程中，回填土荷载对顶板冲击强度大，影响结构的稳定。

因而，本实用新型提出一种用于解决上述问题的减载矩形框架结构。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有空腔顶板的减载矩形框架结构，能够减轻顶板自重和填土负荷，并对冲击荷载具有良好的吸收和分散作用，提高结构的承载能力，使结构具有良好的稳定性和安全性。

一种具有空腔顶板的减载矩形框架结构，包括顶板、中墙、边墙和底板，顶板由上板、下板、侧板和端板组成空腔结构，设置在中墙和边墙上端，空腔结构内充填轻型材料。

本实用新型一种具有空腔顶板的减载矩形框架结构，与实心混凝土结构相比，空腔结构的顶板自重更轻，可减小对矩形框架结构中墙和边墙的压力，使整体结构更具稳定性。在满足填土厚度要求的同时，为了尽量减小回填土厚度和荷载，即使采取增加顶板的截面尺寸的方式，空腔结构使用的材料也比实心结构所用材料少，不会增加工程投资，具有明显的经济优势。此外，空腔还可以作为铺设管线的通道，能够充分地利用地下空间。空腔内充填轻型材料，可对回填土荷载起到吸收和分散作用，减少回填土对矩形框架结构的冲击强度，使结构更具安全性。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下优点：能够减轻顶板自重和填土负荷，并对冲击荷载具有良好的吸收和分散作用，提高结构的承载能力，使结构具有良好的稳定性和安全性。

附图说明

图1是本实用新型的一种断面结构示意图。

图2是本实用新型的第二种断面结构示意图。

图3是本实用新型中顶板的一种平面布置图。

图4是本实用新型中顶板的第二种平面布置图。

图5是本实用新型中顶板的第三种平面布置图。

图中，1.顶板；2.中墙；3.边墙；4.底板；5.上板；6.下板；7.侧板；8.端板；9.防水保护层；10.空腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明：

如图1和图2所示，一种具有充填轻型材料顶板的减载矩形框架结构，包括顶板1、中墙2、边墙3和底板4，顶板1由上板5、下板6、侧板7和端板8组成为空腔结构，设置在中墙2和边墙3上端，空腔结构内充填轻型材料。

本实用新型一种具有空腔顶板的减载矩形框架结构，顶板由上板5、下板6、侧板7和端板8组成空腔结构，与实心混凝土结构相比，空腔结构的顶板1自重更轻，可减小对矩形框架结构中墙2和边墙3的压力，使整体结构更具稳定性。在满足填土厚度要求的同时，为了尽量减小回填土厚度和荷载，即使采取增加顶板4的截面尺寸的方式，空腔结构使用的材料也比实心结构所用材料少，不会增加工程投资，具有明显的经济优势。此外，空腔10还可以作为铺设管线的通道，能够充分地利用地下空间。在空腔10内充填轻型材料，可对回填土荷载起到吸收和分散作用，减小了回填土荷载对矩形框架结构的冲击强度，使结构更具安全性。

进一步地，边墙3外侧、上板5外侧和侧板7外侧设有防水保护层9。常用的防水保护层9有块料面层保护层、水泥砂浆保护层、细石混凝土保护层，在施工时，先对外表面进行清理，使表面平整、无尖锐物，然后在外表面进行铺设，可以采用黏接的方式，防水保护层9能够防止水流对结构的危害，对整体结构具有保护作用。

进一步地，轻型材料为陶粒或泡沫轻质土。陶粒是一种在回转窑中经泡发生产的轻骨料，它具有球状的外形，表面光滑而坚硬，内部有许许多多的微孔，这些微孔赋予陶粒质轻的特性，使用它作为充填材料，可减轻结构的整体荷载；陶粒混凝土由于质量轻、弹性模量低、抗变形性能好，故具有较好的抗震性能，对冲击荷载具有良好的吸收和分散作用，可减小荷载对整体结构的影响。泡沫轻质土是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质材料，其具有一些突出的特点，首先具有轻质性，其干体积密度为300-1600KG\/M3，相当于普通水泥混凝土的1\/5～1\/8左右，使用它作为充填材料，可减轻结构的整体荷载；其次具有低弹减震性，泡沫轻质土多孔性使其具有低的弹性模量，从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用；再次具有抗压性，能够抵抗回填土的压力；最后具有经济性，泡沫水泥轻质土的综合造价较低，有明显的经济优势。

进一步地，空腔结构为一个空腔10或由一个以上的空腔10组成。在矩形框架结构较短和跨度较小时，可以只设一个空腔10；在矩形框架结构较长和跨度较大时，空腔10可沿明洞延伸方向和宽度方向排列布置，如图3至图5所示。空腔结构可以为双层结构，双层结构可增加拱顶板1的截面厚度，又比实心结构所需材料少，不会增加工程投资，具有良好的经济优势。此外，空腔10还可以作为铺设管线的通道，有利于充分利用地下空间。

进一步地，如图3、图4和图5所示，空腔10沿矩形框架结构延伸方向截面为矩形或蜂窝形。矩形空腔结构的板壁对回填层荷载起支撑作用，可减小回填层对矩形框架结构的压力；蜂窝结构有着优秀的几何力学性能，具有很高的强度和刚度，蜂窝结构的房壁可支撑回填层的负荷，能更好地减小回填层对结构的压力。

进一步地，空腔结构为一体成型或预制构件。一体成型是在施工现场浇筑，不需要进行组装，与主体结合紧密，使结构更加稳固；预制构件是按照设计规格预先制成，使用预制构件更为方便，可以缩短工期，提高施工效率。

设计图

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