高填土大跨波纹钢管涵有限元力学性能分析

结合依托工程,对高填土大跨波纹钢管涵采用有限元进行力学性能分析,并讨论了不对称填土、地基不均匀沉降等不利因素对波纹钢管涵应力和变形的影响。结果显示,波纹钢管涵变形和应力随填土高度的加大不断上升,但上升趋势逐渐减小,土-拱效应明显;管涵的力学行为受不对称填土的影响较大,结构变形和应力受地基不均匀沉降的影响较小,波纹管涵结构两侧对称填土要求较高,但其适应高填方及地基变形的能力较强。     

采用正交试验法进行波纹钢箱涵应力和变形对加劲肋参数的敏感性分析

当覆土波纹钢箱涵承载能力不能满足要求时,需要采取加强措施,最常用的加强措施为倒扣加劲肋,但对于加劲肋布置参数对波纹钢箱涵加强效果影响的研究不够深入.参考跨径为14 m的箱涵结构参数建立有限元模型,引入正交试验法,以波纹钢箱涵的应力和变形作为试验指标,进行试验指标对加劲肋位置、加劲肋波纹数、加劲肋波纹间距和加劲肋内部混凝...     

地震作用下波纹钢路用管涵应力与移位响应分析探究

计算区域及相关参数;特征截面和有限元网格模型;震级对波纹钢管涵结构的应力及移位影响的分析。本研究参考工程经验数据,借助ANSYS工程有限元分析系统模拟计算和时程分析方法,主要基于结构自身重量和地震水平加荷作用为基本条件,对地震作用下波纹钢路用管涵应力与移位响应课题开展专题分析探究,以为同类工程应用提供研究和技术参考,助力建设牢固适用的路用波纹钢管涵工程。     

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.     

浅覆土特长箱涵顶进结构受力特性数值分析

为了探明顶进施工中浅覆土特长箱涵顶进结构的受力特性,结合广东地区某工程实例,通过三维有限元模拟分析了不同顶进长度、覆土厚度及摩阻系数等工况条件下浅覆土特长箱涵顶进结构的应力应变变化规律及顶进施工扰动影响范围,结果表明:相同工况条件下,随着顶进长度增加浅覆土特长箱涵顶板和底板的应力与应变呈现靠椅状变化趋势,而其腹板的应力与应变则呈现倒梯形截面变化趋势;涵顶覆土厚度及其性状对浅覆土特长箱涵顶进结构的应力与应变影响较大,涵顶覆土厚度越厚土体越密实,箱涵结构所受应力与应变越大;受顶进施工影响,涵顶上覆路面的沉降量为7.0~17.1 mm,沿顶进方向路基路面受扰动影响范围为23~30 m,与采用泥浆减阻措施相比采用石蜡+机油措施的减阻效果更为有效。     

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。     

马蹄形波纹钢管涵在高速公路建设中的应用

结合福建张家际互通马蹄形波纹钢管涵的工程实例,根据当地的地质地貌特点,利用Abaqus软件建立三维有限元模型对此类结构的受力性能进行分析研究。分析得出了马蹄形管涵的位移和应力随填土高度变化的规律,位移最大处发生在管顶,应力最大位置位于管涵两侧最大跨径处管壁区域。回填土的选择和回填施工质量对结构受力性能有显著影响,随着土体弹性模量,管涵位移和应力减少,建议选用砂性土或碎石土作为结构性回填料,并按规范要求保证压实施工质量。     

波纹钢管用作隧道逃生管道时的模拟分析

为了研究隧道发生塌方时逃生管道变形的特征与规律,对波纹钢管及其圆钢管的受力变形等情况进行对比研究,使用动态有限元模拟坍塌岩石体垂直砸向逃生管道的情形,分析波纹钢管在有垫层约束模型和圆管有垫层约束模型碰撞过程的凹陷变形(Y方向和X方向)以及加速度变化等指标。结果表明:直径1 m,壁厚为5 mm和壁厚10 mm的波纹钢管最大变形分别为174 mm和143 mm,直径1 m,壁厚为5 mm和壁厚10 mm圆钢管最大变形分别为214 mm和199 mm,波纹钢管凹陷变形较圆管分别小40 mm和56 mm;相同管径下,随着壁厚的增加,波纹钢管的优势就越明显。在受到岩石的撞击过程中,波纹钢管可以避免峰值过大而且整体结构更加稳定,波纹钢管在承受冲击荷载较圆钢管更有优势,用波纹钢管作为逃生管道更能确保位于掌子面施工人员的生命安全,结构安全性更好。     

内支架对波纹钢管廊力学性能影响实验与数值分析

柔性是波纹钢管廊异于混凝土管廊的根本原因。为研究波纹钢管廊的力学性能,依托实际工程,采用现场实验与数值分析的方法对波纹钢管廊在安装支架和未安装支架的不同情况下进行测试与受力分析。结果表明：管廊支架的支撑作用减小了管廊所受的拉力,使全截面受压,对管廊有利;未安装支架且填土未过管顶时,管廊顶部随着覆土高度的增加逐渐由向上变形变为向下变形,管体两侧逐渐由内收向外张变化;安装支架时,随着覆土高度的增加管廊两侧逐渐由土体挤压管体向管体挤压土体变化,逐渐由内收向外张变化,但由于安装了内部支架,这种变化不是特别明显。     

高填方波形钢板拱桥优化设计技术研究

随着覆土高度的不断增加以及跨径的不断增大,覆土波纹钢板拱桥所受的土压力逐渐增加,常规波纹钢板拱桥形式已不能满足要求,提出波形钢板周围换填泡沫水泥轻质土、波纹钢板顶部铺设柔性材料两种优化设计技术,并使用有限元分析软件ANSYS分析各方案的可行性及受力特点。结果表明:所提方案均显著地减小了钢板应力和变形,使结构满足受力要求;换填泡沫水泥轻质土方案虽然结构顶部土压力远大于土柱法计算得到的土压力,但由于自身弹性模量较大与波形钢板共同承担了大部分土压力,也使得波形钢板受力和变形很小;铺设柔性填料方案结构所受土压力由于结构顶部与两侧土体显著的变形差而大量转移给力两侧土体,因而土压力最小。     

采用正交试验法的波纹钢箱形结构截面尺寸敏感性分析

波纹钢箱形结构在荷载作用下的内力以弯矩为主，不符合传统管拱形波纹钢桥涵所依据的环向压力理论，需要考虑弯矩影响。目前该类截面尺寸参数对结构的响应影响水平研究不够深入，截面尺寸参数拟定往往依据经验确定。依据跨径为6.74 m的波纹钢箱形模型试验的结构尺寸参数建立数值模型，采用正交试验法，以结构的弯矩和变形为试验指标，进行跨度、矢高、拱肩半径、起拱高度和截面刚度关于试验指标的敏感性分析。研究表明，跨度和起拱高度对结构的弯矩和变形影响最为明显，截面刚度次之，矢高和拱肩半径对结构影响最小。     

圆弧形大跨径波纹钢板桥涵的静力分析

以平面应变理论为基础，对一跨径为12 m的圆弧形波纹钢板桥涵建立三维有限元模型，施加土体自重和汽车荷载进行静力分析，得出了等效应力分布规律。并与国外两种计算方法进行对比分析计算结果的差异，同时说明了差异出现的原因。结果表明:结构在恒载和活载的共同作用下变形很小，满足中国的规范要求；最大等效应力位于拱肩处，最小等效应力位于拱脚处；ANSYS法计算的极限压应力与CHBDC法计算出的极限压应力非常接近，且均小于国外两种方法计算出的抗压强度。     

浅谈公路波纹钢管桥涵施工

江苏省临海高等级公路是贯穿江苏南北、贴近海岸的骨干公路,是串联我国东部沿海港口、临港产业园区和城镇的重大基础设施项目。路线北起连云港赣榆-苏鲁交界处,南至南通启东,规划全长521km。全线按4车道一级公路标准实施,建设年限2010～2013年。由于临海高等级公路射阳段软基路段多,为克服因地基基础不均匀沉降导致涵洞破坏的问题,工程决定采用波纹钢管桥涵代替圆管涵和箱涵施工。本文主要介绍公路波纹钢管桥涵施工控制要点。     

波纹钢板拱桥应用与设计施工技术研究

通过刚度等效的原则将波纹钢板简化为平钢板,利用大型通用有限元程序ANSYS对波纹钢管拱桥在其两侧及顶部土体回填的各个阶段进行了计算和分析。研究结果表明,波纹钢管拱桥在施工过程中,两侧交错回填土体高差不宜过大,应尽量对称回填、尽早压实,以避免拱体发生不均匀挤压现象;拱顶位移和应力的最大值发生在土体回填即将覆盖拱顶的施工阶段,因此,施工过程中应密切关注和监测覆土即将盖过拱顶时结构的位移和应力。     

不同截面选型对波纹钢箱涵受力性能影响分析

波纹钢箱形结构相较于圆形、拱形和管拱形波纹钢结构截面利用率更高,更适用于路基高度受限的情况。目前对波纹钢箱涵加强措施的研究较多,但缺乏对波纹钢截面形式选择的研究。该文使用有限元分析软件Abaqus对波纹钢箱涵侧墙倾斜角度分别为0°、5°、10°、15°和20°共5种工况建立有限元模型,对结构应力和变形结果进行分析。结果表明：增大波纹钢箱涵侧墙的倾斜角度可以有效减小结构的竖向变形和结构的最大应力;但为充分发挥波纹钢箱涵截面利用率高的优势,推荐选用倾斜角度5°～10°的波纹钢箱涵形式。     

不同断面形状的装配式波纹钢管隧道受力特性对比

为了明确装配式波纹钢管隧道(FCSPT)在不同断面情况下的受力特性，设计了3种断面形状(圆形、管拱形、半圆形)的跨度均为10.4 m的波纹钢管(明挖)隧道，并借助ABAQUS有限元软件建立二维平面应变模型，对不同断面形状的装配式波纹钢管隧道在覆土荷载作用下的变形、内力、应力以及管周土压力分布情况展开研究。研究结果表明：相同覆土情况下，半圆形波纹钢管隧道变形远远小于圆形及管拱形；3种断面隧道内力最大处有所不同，圆形隧道在仰拱及起拱线位置，管拱形隧道在拱腋及其下方曲率变化较大处，而半圆形隧道集中在拱脚位置；3种断面形状的波纹钢管隧道起拱线以上区域管周土压力分布非常接近，而圆形与管拱形隧道之间管周土压力的差别主要出现在起拱线以下的拱腋及仰拱区域。     

公路钢波纹板拱桥受力特征分析

依托试验工程,对不同跨径钢波纹板拱桥进行荷载测试,得出不同工况下钢波纹板拱桥不同角度(位置)的应力变化规律,通过研究得到以下结论:荷载作用下不同跨径钢波纹板拱桥应力以拱顶(90°)为中心对称分布;钢波纹板拱桥与周围土体共同受力,由于纵向和轴向波纹的存在,使得力沿着板壁向下传递,致使拱脚位置(0°和180°)受力最大,但最大应力值小于钢波纹板材料的最大允许应力值,结构安全稳定;不同跨径钢波纹板拱桥在相同荷载作用下,随着钢波纹板拱桥跨径的增大(6 m→8 m→10 m),拱脚(0°和180°)的应力逐渐增大,拱顶附近(90°)的应力由相对稳定到波动变化,且跨径越大波动幅度越大。     

钢管混凝土提篮拱桥施工过程结构分析

以跨径112 m钢管混凝土提篮拱桥为例,采用大型有限元软件Midas civil建立空间计算模型对结构施工过程进行了有限元模拟,分析了施工过程中结构的应力和变形情况,为桥梁结构施工控制提供了依据.该桥成桥线形与设计线形吻合良好,施工控制效果显著.     

液态粉煤灰在大直径波纹管涵三角区回填中的应用

大直径波纹管涵由于具有泄洪能力强、可满足汽车通行等特点,逐步在甘肃省黄土地区高速公路建设中展开应用,但其两侧三角区空间狭小,常规填筑压实度无法保证。首次提出采用液态粉煤灰对大直径波纹钢管涵三角区进行回填的方法,重点研究了液态粉煤灰的最优配合比、施工工艺控制关键点、性能及经济效益,研究结果表明:液态粉煤灰对大直径波纹钢管涵涵背三角区进行填筑,可随管涵同步变形,具有强度高、施工周期短、工艺简单、经济效益高等特点,既有效解决了涵背回填问题,也保证了工程质量,可在今后其他类似项目中推广应用。     

覆土波纹钢板拱桥施工过程的受力分析

基于一座实际的覆土波纹钢板拱桥,利用有限元方法建立了三维空间受力分析模型,采用现行公路规范的方法计算了不同覆土施工阶段的土压力荷载,对该桥覆土的施工过程进行了模拟,计算分析了覆土回填过程中关键截面变形和内力的变化规律。计算和分析结果表明,波纹钢板拱桥的各关键截面变形和内力随覆土回填过程发生较大变化,覆土初期拱两侧受到填土压力的挤压而下挠,同时拱顶处出现了反拱现象,且随覆土高度的增加拱顶处反拱逐渐增大,各截面的应力也均逐渐增大;覆土回填至拱顶之后,随覆土高度的增加拱顶处的反拱逐渐减小,同时拱顶拉应力也明显减小,整个拱圈趋于受压状态。因此,施工中应严格分层对称回填、压实,并应特别注意覆土回填至拱顶附近时结构的位移和应力变化。