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。     

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。     

不同断面线形波纹钢管涵结构力学性能研究

采用ANSYS有限元分析软件,建立二维平面应变有限元模型,选择等跨径圆形截面和管拱形截面管涵,对二者在不同填土高度下的力学性能特点进行了对比研究。首先通过有限元数值模拟值与试验模型实测值进行对比,验证了有限元模型的合理性;进而通过有限元模型计算,对圆形截面和管拱形截面管涵施工过程中随填土高度的增加管涵变形、应力和土压力的变化情况进行比较分析,得到了两种截面形式的管涵在变形和内力方面的一般性规律:两种截面形式的管涵在施工过程中的变形和内力变化趋势基本一致,管拱在填土超过管顶后的变形变化比圆管显著,竖直土压力略小,而由于起拱效应的影响,管顶以上填土1.1 m左右时,圆管截面最大应力略大于管拱截面最大应力。     

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。     

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。     

大直径钢波纹管涵有限元计算分析

通过对3种不同直径及不同壁厚的钢波纹管涵对应不同的填土高度进行有限元计算,得出钢波纹管涵最大等效应力、最大竖向变形随填土高度的变化情况,分析了钢波纹管涵及周边土体的等效应力分布规律。     

高填方段波纹管涵垂直土压力试验及计算

基于原位观测试验与理论研究,对高填方段波纹管涵的涵顶垂直土压力的分布特征与变化规律进行了探讨.首先,开展了高填方段波纹管涵垂直土压力现场观测试验.试验结果表明,高填方段管涵顶部存在土拱效应,规范的土柱法计算土压力值误差较大,偏于保守,而管涵顶部平面的土压力值并非均匀分布,存在明显的应力集中区域.在此基础上,结合试验规律及马斯顿理论,考虑由于土拱效应造成的应力集中现象,建立了高填方段波纹管涵垂直土压力计算模型,并进行了理论求解,从而提出了高填方段波纹管涵垂直土压力计算方法.最后,依据此模型对涵顶填土重度、土体内摩擦角、黏聚力、管径大小等主要影响因素进行了参数分析.结果表明,土体重度对管涵垂直土压力数值影响较大,而内摩擦角及黏聚力的影响较小.     

基础形式对深埋双孔钢波纹管涵承载特性的影响

依托某高填方路基斜跨深切冲沟工程实例,针对不同基础形式的高填土双孔钢波纹管涵的承载特性,通过有限元数值模拟,选取基础圆心角及刚度进行正交对比,分析管涵的应力分布及变形规律。结果表明:双孔钢波纹管涵相互作用、彼此制约,延管涵竖向轴线两侧受力非对称,在靠近相邻管涵一侧应力及变形均小于另一侧。当基础刚度一定,随圆心角θ增大,基础包裹管涵的区域增大,约束作用增强,管涵变形随之减小,应力呈减小趋势且分布更为均匀,有利于管涵承载。当基础圆心角θ一定,刚度改变时,填土约束作用最小,管涵应力整体较大,变形最大,混凝土基础的约束作用最强,管涵变形最小,但易引起局部应力集中,约束作用居中的灰土基础,具有较好的变形协调作用,应力较小且集中现象不明显,管涵变形可控、可知,圆心角θ=180°的灰土基础是较为理想的基础选型。     

大跨高填方钢波纹管涵质量控制措施分析

钢波纹管涵的最终受力状态不仅与管涵结构设计参数及回填土特性有关,施工措施对结构受力影响较大,为进一步确保结构安全性,采用有限元方法探讨了管内对拉钢索、管顶铺设EPS板对钢波纹管涵施工质量的控制效果。结果表明,管内对拉钢索能有效控制管涵变形,铺设EPS板后管顶土压力仅为管顶上方土体重量的46.85%,质量控制措施效果显著。     

减荷拱涵周围土体位移变化的离心模型试验

通过土工离心模型试验,利用拱涵模型模拟了实际路堤的回填材料、沟坡地形、减荷材料、地基形式及施工工艺,并使用图片测量软件分析了拱涵周围土体在未减荷与EPS板减荷工况下的变形运动性状和全局位移场的差异。根据试验结果再现了两种试验工况下,拱涵周围土体随填土高度增加的运动变化过程;模拟了EPS板变形作用下涵顶土拱的形成和基本形态;分析了拱效应影响下的拱涵基底土体的运动情况,发现通过卸荷拱转嫁到拱涵两侧土体的荷载促使基底两侧土体向基底中心运动,从而对基底产生了向上的反力,减小或阻止了拱涵自身的沉降。结果表明:合理模量和厚度的EPS板既可以减荷,也可以起到稳定结构纵向不均匀沉降的作用。     

道路改扩建条件下石砌拱涵稳定性研究

为研究张家口原公路改扩建为高速公路过程中,填土高度增加情况下石砌拱涵稳定性,采用有限差分数值计算方法,分析了不同填土高度情况下的拱涵－地基应力的变化规律。根据拱涵砌体的抗拉强度和抗压强度,建立砌体的等效粘聚力和内摩擦角,从而分析结构的安全系数。计算结果表明:结构体系的破坏主要源于地基的失稳,拱涵本身具有较高的安全系数。     

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     

沟埋式钢波纹管涵顶部垂直土压力计算模型研究

管涵周围土压力的分布规律对管涵结构的设计具有重要的参考价值,然而采用传统M-S理论计算管涵顶部垂直土压力存在一定的局限性。针对这一问题,以沟埋式管涵为研究对象,首先运用理论分析的方法对土体在沟槽摩擦作用下形成的小主应力拱展开了研究,并据此对矩形沟槽管涵的侧压力系数和顶部垂直土压力计算公式加以推导。然后以具体工程为例,对公式的合理性进行了探讨和分析,并对管涵的设计提出了一些合理性建议。     

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。     

土压平衡箱涵掘进机的设计研究

为解决管幕箱涵工程中，大断面箱涵推进阶段正面土压力平衡失稳导致的管幕体系失效的问题，依托上海市田林路下穿中环线地道工程，设计1台土压平衡箱涵掘进机用于箱涵推进施工，并介绍箱涵掘进机的设计条件、主要参数选择，壳体结构受力分析和应用情况及效果。研究结果表明： 1）土压平衡箱涵掘进机通过正面土压力的平衡有利于地面沉降控制； 2）通过SolidWorks三维平台对箱涵掘进机的壳体进行建模受力分析，得出结构设计完全能够满足施工荷载条件； 3）箱涵掘进机的姿态控制主要依靠已完成的管幕作为导向，并通过同步推进系统调整箱涵左右行程偏差； 4）刀盘配置存在切削盲区，在加固区施工过程中会造成推力过大。     

钢波纹管在涵洞工程中的应用分析

结合钢波纹管在涵洞施工中的应用实例,阐述了钢波纹管的详细施工技术流程,并检测其施工后的变形情况。工程应用情况表明,钢波纹管在多种特殊土质中具有较好的应用优势,值得同类工程推广应用。     

软土地层大断面管幕箱涵顶进竖向姿态的理论与实测分析

针对千斤顶产生的偏心顶推力作用下箱涵发生的“抬头”现象，采用局部弹性地基模型，首先, 从理论上推导得到箱涵顶进竖向姿态变化的解析解; 然后，结合现场实测分析，探究偏心顶力作用下大断面管幕箱涵的“抬头”机制及变化规律。研究表明： 1) 千斤顶顶推力与顶进阻力合力的作用线不重合而产生的使管节上抬的力矩是首节箱涵“抬头”的核心诱因； 2) 缓解首节箱涵“抬头”问题的主要施工措施有减小掘进机顶推力或正面土压力、增加上排管幕刚度、对箱涵上表面进行局部减摩、对箱涵下部进行冲洗卸土等，其中，减小掘进机顶推力或正面土压力效果最为明显。