高填方路基钢波纹管涵洞管顶土压力分析

金属波纹管涵洞是采用波纹状管或由波纹状弧形板通过连接、拼装形成的一种涵洞形式,主要由钢、铝或塑料等材料制成。钢波纹管涵洞由于轴向波纹的存在使其具有优良的受力特征,轴向和径向同时分布因荷载引起的应力应变,可以更大程度上分散荷载的应力集中,更好地发挥钢结构的优势,故其具有广阔的应用前景。本文通过对高填方钢波纹管涵洞进行野外现场试验研究,随着施工中填土高度增加,分析了钢波纹管涵洞管外各点在有无土工格栅时所受力的大小及规律,为今后高填方路基中钢波纹管涵洞的施工提供参考资料。通过研究取得以下结论:钢波纹管各点所受土压力随着填土高度升高而增加;在填土高度一样时,与管顶水平的管外土压力大于管周各测点的土压力。     

高填方路基大孔径钢波纹管涵洞有限元分析

通过钢波纹管涵洞管周不同断面的应变值的有限元计算结果与现场实测结果进行对比,采用有限元模型,对不同填土高度在公路-Ⅰ级荷载作用下的钢波纹管涵洞受力变形进行分析。结果表明:管顶0°～管周45°的压应变逐渐增大,而管周150°～180°逐渐减小,管周45°～120°波动变化;波峰和波侧都在管周120°出现最大应变值,而波谷在管周90°出现最大应变值;管周90°、120°应作为重点位置观测。     

高填方路基钢波纹管涵洞分层土压力分析

柔性、高强度的钢波纹管涵洞,不仅具有优良的适应地基与基础变形的能力,而且具有自重轻、运输方便、施工简单、造价低、对地基扰动小等优点,故其具有较为广泛的应用前景。该文通过对高填方钢波纹管涵洞进行野外现场试验,分析钢波纹管涵洞管周和管外各点所受力的大小及变化规律,为今后高填方路基中钢波纹管涵洞施工提供参考资料。通过研究取得以下结论:钢波纹管各点所受土压力随着填土高度升高而增加;在填土高度一样时,管周各点的土压力值不同,其中管周60°处的土压力最大,管中90°处土压力最小;与管顶水平的管外土压力大于管周各测点的土压力,这对于减小钢波纹管在高填方路基回填时的变形有指导作用。     

高路堤钢波纹管涵洞预拱度设置研究

为了确定高路堤钢波纹管涵洞预拱度设置的合理值,解决现有高路堤钢波纹管涵洞预拱度设置不合理而产生的路面不均匀沉降的难题。采用有限元数值模拟分析,得出不同填土高度、不同直径、不同路基边坡坡度与钢波纹管涵洞预拱度值的关系,给出高路堤钢波纹管涵洞预拱度设置方法及公式,并成功在万宜高速公路高路堤钢波纹管涵洞上应用,后期检测预拱度设置合理。通过研究取得以下结论:在预拱度设置时首要考虑的,也是影响预拱度设置最大的因素是填土高度,其次为钢波纹管的管径及涵底纵坡,波纹的变化对其影响较小。预拱度设置值随着填土高度的增加而增加,随着管径和涵底纵坡的增大而减小。     

螺旋波纹钢管涵洞现场应变测试有限元分析

对直径为1.5m的小孔径螺旋波纹钢管涵洞进行现场测试,用有限元软件对管周和轴向测试数据进行分析,并将分析结果与现场涵洞的实际变形情况进行对比。结果表明:螺旋波纹管波谷、波峰的切向应变差值与所处位置基本无关;车辆在路面行驶时,螺旋波纹管波峰、波谷出现的都是拉应变。该研究为国内螺旋波纹钢圆管涵洞的使用和分析提供了依据。     

高填方大跨径钢波纹管涵洞通道力学性能研究

钢波纹管涵洞通道以其优越的受力性能,其应用越来越广泛,但国内对其力学性能的研究较少,设计无规范可依,存在一定的盲目性。为研究其力学性能,以1~5 m高填方钢波纹管通道为工程依托,进行了现场力学性能测试。结果表明:结构具有明显柔性特征,填土越高,土拱效应越明显,且结构的轴向波峰波谷和环向都成拉压交替变化规律。     

沟埋式公路钢波纹管涵力学性能分析与测试

为了对钢波纹管涵的力学性能进行研究分析,通过现场测试和有限元分析研究了沟埋式公路钢波纹管涵的受力性能,并分析了地基弹性模量、填土高度、波纹管参数对钢波纹管涵变形和土压力的影响。结果表明:施工填土初期管涵先产生竖向拱起,回填至管顶后竖向变形开始减小;随着填土高度增加,土压力变大,且管顶土压力最大;有限元分析所得结果与现场试验数据相吻合,表明建立的有限元模型在精度上能够满足工程要求。     

波纹钢结构综合管廊受力特征研究

依托试验工程,对波纹钢结构综合管廊施工过程中受力特征进行了研究,得出了管内应变及管外土压力变化规律。结果表明:波纹钢结构综合管廊内壁波峰、波谷、波侧在填土初期各测点应变值有重新分布的过程,后期随着填土高度的增加逐渐增大;管内壁轴向应变值要小于切向应变值,轴向波纹的存在可以更大程度上分散荷载的应力集中;管周外侧土压力随着填土高度增加而增大。研究成果对全国波纹钢结构综合管廊设计与施工有一定的指导作用。     

钢波纹管通道受力及变形现场试验研究

为了研究大直径钢波纹管通道的受力与变形特性,以广东省某工程为依托,通过对该工程现场钢波纹管通道力学性能和受力变形的现场监测试验和后期数值计算,试验结果表明:钢波纹管通道具有很好的柔性变形能力,横向补偿能力强,波谷与波峰的切向应力变化基本呈现相反的趋势,但当填土高度超过管顶后,钢波纹管通道逐渐趋于均匀的环向受压状态,波峰与波谷两者的切向应力变化差距逐渐减小.测点径向土压力最大值出现在管斜下方两个点,所以钢波纹管通道斜下方两个位置是防止破坏的重点位置.试验和数值计算的结果存在一定的差距,但二者的变化规律整体相似,可以为今后钢波纹管通道设计施工提供一定参考.     

涵顶形状对土压力的影响

采用有限元方法及模型试验对刚性地基上的上埋式涵洞进行施工模拟,分析方形涵洞和半圆形拱涵施工过程中填土沉降、等沉面及涵顶土压力的变化规律.结果表明:等沉面高度随填土高度的增大而减小,而且涵顶形状影响等沉面高度;涵顶形状不同,涵顶土压力分布和土压力系数变化很大.涵顶填土高度大于10倍涵洞高度时,方涵和半圆拱涵的等沉面高度分别趋近于3.1倍、2.7倍涵洞高度,涵顶土压力系数则分别为1.56、1.26.     

低路堤大跨径钢波纹板拱桥受力特征分析

通过对低路堤大跨径钢波纹板拱桥施工过程中拱内壁应变和外壁径向土压力测试,得出不同施工情况下钢波纹板拱桥的受力特征,研究结果表明:(1)拱周填土至拱桥高度一半时,波峰和波谷不同位置受力均发生较大变化,施工时应进行重点观测;拱顶填土过程中,波峰和波谷变化规律呈现出相似周期性和交替性的变化,且同一位置拉、压应变正好相反;(2)施工过程中,拱桥1/8拱、2/8拱、跨中、6/8拱和7/8拱处均出现应力集中,施工时应进行观测;(3)拱外径向土压力随着填土高度的增加而逐渐增大,填土初期增长幅度较小,后期快速增大,且设置加劲肋位置的径向土压力值整体较未设置的增幅大;(4)钢波纹板拱桥采用加劲肋技术可增加波纹板的强度和刚度,有利于结构安全稳定。     

钢波纹管涵洞力学性能现场试验研究

柔性、高强度的钢波纹管涵洞,不仅具有优良的适应地基与基础变形的能力,而且具有自重轻、运输方便、施工简单且施工工期短、造价低、对地基扰动小、对基础要求较低等优点,还具较强的抗拉、抗剪和抗疲劳能力,故其具有较为广泛的应用前景。文章通过对钢波纹管涵洞进行野外现场测试,从不同的角度研究了其力学特征,结果表明:钢波纹管涵洞的管顶、管侧沿着波形(断面)方向呈现出不同的应力应变变化趋势,波峰和波谷处以及内侧和外侧、切向和轴向的应力应变呈现出管顶与管侧相反的拉压变化规律。     

大直径波纹钢管涵与普通钢管涵力学性能对比研究

为揭示大直径金属波纹管涵与普通钢管涵受力性能的差异性,定量分析其力学性能,采用FLAC3D软件对跨径10.0m的两种管涵进行数值模拟,分别计算其在不同的填土高度下的力学参数并绘制关系曲线.研究发现:(1)对比"土柱法"和"加拿大CHBDC"中土压力计算方法可知,填土较低时(≤1.5m)土柱法较为适用,随着填土高度增加(＞1.5 m)涵洞通过形变获得被动土压力,从而将荷载转换为环向应力,则CHBDC法更适合涵洞的计算;(2)波纹钢管涵的最大沉降、最大横向位移、最大横向应力、最大竖向应力分别为普通钢管涵的79.37％、58.82％、73.52％、108.70％,除最大竖向应力相近外其余3项指标均明显偏小;(3)计算所得涵洞最大应力均远低于钢材屈服极限,因此在设计时应将沉降和横向位移作为主要控制因素.研究成果对高寒地区波纹钢管涵的应用具有一定的指导意义.     

山区高速公路高填方盖板涵填筑期土压力变化规律研究

以包茂高速公路工程为依托,通过现场测试高填方路基下涵洞外界面受力,研究了涵洞受力规律和内在机制。结果表明:涵顶土压力随填土高度增大非线性增加,其中侧墙顶土压力大于填土自重且其增长率随填土增加逐渐减小,涵顶中心土压力在填土达到一定高度后大于填土自重,且其增长率保持稳定;填土完成后,两侧墙顶土压力约为填土自重的2.1~3.0倍,涵顶中部土压力约为填土自重的1.4~1.8倍;侧墙土压力小于静止土压力,实测水平土压力与静止土压力的比值为0.03~0.61;涵洞基底土压力呈不均匀分布,实测基底土压力与涵顶土压力平均     

高填方路基钢波纹管涵洞力学性能及经济效益分析

钢波纹管涵洞有管节薄、质量轻、便于叠置捆扎,存放运输方便、施工组装工艺简单、生产周期和施工期短等特点,同时波纹管涵洞适应能力强,受力条件好,造价低,故其具有很广阔的应用前景。目前,国内对于波纹管力学性能研究还较少。通过对高填方钢波纹管涵洞进行野外现场试验,结合相关钢波纹管涵洞知识,从不同方面研究了钢波纹管涵洞的力学性能,同时进行了波纹管与盖板涵的造价比较,为波纹管在工程和设计中应用具有重要指导意义。     

公路钢波纹管涵洞设计与施工技术研究

通过对钢波纹管涵洞国内外计算方法分析,借鉴其特点及优势,针对我国高填方路堤大孔径钢波纹管涵洞技术特点,提出基于有限元的钢波纹管涵洞设计方法,并给出设计流程图及控制指标,同时对钢波纹管涵洞施工工艺进行了详细分析。基于以上研究成果,形成的成套技术体系,可指导不同路堤高度、不同孔径的钢波纹管涵洞设计与施工。     

高填方波纹钢涵洞受力特性及地震动力响应研究

为研究高填方波纹钢涵洞在静力条件下的受力性能及其地震动力响应规律，以保泸高速公路芒宽连接线高填方大跨波纹钢涵洞工程为依托，开展了数值模拟计算。研究了不同填方高度下波纹钢涵洞的受力情况及地震作用下波纹钢涵洞不同部位的动力响应。结果表明:①波纹钢涵洞管顶及管底的竖向位移最大，左、右管侧横向位移最大。②波纹钢涵洞最大主应力主要出现在波纹钢波峰位置。最小主应力则主要集中出现在波纹钢波谷位置。③在地震作用下，波纹钢涵波峰断面Mises应力值远大于波谷断面，左右管腰附近破坏风险最大，波谷断面管顶处加速度有明显放大。     

高填土大跨钢波纹管涵力学性能分析与测试

该文结合依托工程,对高填土大跨钢波纹管涵的力学性能进行了现场测试和有限元分析,并探讨了钢管波纹参数、管顶填土高度、土体弹模、不对称填土、地基不均匀沉降等对钢波纹管涵应力和变形的影响。结果表明:钢波纹管涵变形和应力随填土高度增加而增长,但增长趋势逐渐变缓、土-拱效应明显;有限元分析与试验结果相吻合,表明有限元模型能够满足设计精度要求;钢波纹管最大变形和等效应力随波高、土体弹模增大而减小,随波距增加而增大。最后,将各国规范的设计计算结果与有限元、测试结果进行对比,提出钢波纹管涵土压力设计计算采用AASHTO或中规、管壁应力设计计算采用CHDBC的建议。     

高填方钢波纹管涵变形计算及涵土相对刚度系数研究

为了获得高填方下钢波纹管涵变形的定量计算方法,并拟得到判定钢波纹管涵刚柔性的计算方法。在考虑钢波纹管涵受压变形与涵侧土体压缩变形相互影响的基础上,对涵土相对刚度问题进行了深入探讨。在考虑钢波纹管涵截面参数惯性矩特性的基础上,从分析规范中涵土相对刚度系数的计算方法入手,假设涵顶平面内外所受填土压力水平分布相同,涵侧填土对管涵横向变形产生一定的弹性抗力,引入了Spangler的涵土相互作用模型,推导了钢波纹管涵的变形计算公式和涵土相对刚度系数计算公式,同时,在考虑涵侧土体压缩变形模量线性增加的基础上,代入相关参数,将计算结果与现场试验结果进行比较,结果表明:钢波纹管涵洞随填土压力变化时,其变形计算值曲线规律与试验实测收敛值基本一致;应用推导的涵土相对刚度系数理论公式计算结果,可近似地判定管涵的刚柔性,通过理论计算,将本工点所用管涵判定为柔性涵洞,这也被试验测试得到涵顶垂直土压力系数小于1.0的结果间接验证,因此这既是对规范公式存在不足的补充,又为钢波纹管涵刚柔性的判定提供了新方法;通过涵土相对刚度系数公式的变换,得到涵顶平面内外土柱沉降差±δ与涵土相对刚度系数αs在本质上是相通的,故亦可用±δ判定涵土的相对刚度,这为判定涵洞刚柔性又提供了一种可行的方法。     

高填方大跨双孔钢波纹管涵测试与分析

为了解双孔钢波纹管涵应用于高填方路基时径向土压力及变形特性,结合依托工程,通过现场试验,并精细化有限元建模方法对其进行分析。结果表明,双孔2-φ5.5 m钢波纹管涵,变形与径向土压力随着填土高度的增加而增大,填土高度达到管顶24 m尚未出现明显土拱效应;径向土压力沿管周分布呈椭圆形,采用双孔管涵,结构受力与单管涵基本相同,最大径向土压力出现位置不同,位于管斜下方45°位置;有限元分析与试验结果相吻合,表明有限元分析模型精度满足工程要求。最后,将公路桥涵规范中土压力计算结果与有限元、测试结果进行对比,规范计算得到的最大土压力偏大,最小土压力偏小。