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。     

高填方钢波纹管涵垂直土压力计算

引入表征钢波纹管波形特性的惯性矩计算方法, 通过Spangler管-土相互作用模型, 得到了钢波纹管涵竖向收敛变形计算公式; 假设管涵顶部填土为半无限直线变形体, 将条形基础沉降倒置后比拟上埋式管涵的受力模型; 基于弹性力学推导的基础沉降计算公式, 着重考虑管涵侧向土体压缩变形与管涵自身的竖向收敛变形之差, 推导了管涵垂直土压力的计算公式; 以广巴广陕高速公路连接线吴家浩-张家湾段高填方钢波纹管涵工程为例, 对涵顶垂直土压力进行了现场测试, 将采用公式计算所得涵顶垂直土压力与现场试验结果和应用实测沉降差反算的垂直土压力进行了对比。研究结果表明: 涵顶垂直土压力随填方高度的增加而增大, 填土至设计标高后涵顶垂直土压力计算值、实测值和反算值分别为224.14、221.98、211.33kPa, 计算值与实测值的相对误差约为0.9%, 反算值分别比计算值和实测值小6.1%、5.0%, 且计算结果、反算结果均与实测涵顶垂直土压力变化规律一致, 填方越高, 误差越小。可见, 提出的高填方钢波纹管涵垂直土压力计算公式可行, 不仅考虑了涵侧土体的抗力系数和基床系数, 而且体现了钢波纹管的变形与受力特征。