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。     

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。     

大跨径覆土管拱形波纹钢板桥涵加强效果分析

相比于传统的钢筋混凝土和圬工涵洞工程,波纹钢管涵结构具有优良的施工和使用性能。随着覆土波纹钢管涵的发展,其跨径也越来越大,但境内对跨径10m以上的大跨径波纹钢管涵结构的研究目前还未开展。依托一座跨径15.3m的覆土管拱形波纹钢板桥涵实际工程,提出两种对大跨径覆土波纹钢管涵的加强方案,并使用通用有限元分析软件ABAQUS对未加强和加强的工况分别建立模型进行数值模拟,分析了各工况下波纹钢管涵的应力和变形情况。结果表明,当在大跨径桥涵工程中采用深波纹、大壁厚的波纹钢管涵时,在结构下部采用细石混凝土进行加强能够大幅改善结构的受力性能,加强后的大跨径覆土波纹钢管涵的变形和应力均能较好地满足设计使用要求。     

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。     

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。     

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.     

超大直径覆塑热镀锌钢波纹管通道涵施工技术

为了克服传统的钢筋混凝土涵洞与路基协同变形能力差、极易造成地基不均匀沉降的缺点,提出了一种新型的超大直径覆塑热镀锌钢波纹管通道涵。对波纹钢板和平面钢板进行承载力试验,对比2种管涵的承载特性,分析管土受力特性和整体结构的协同变形能力,在经济效益方面与传统管涵进行对比。结果表明:新型超大直径覆塑热镀锌钢波纹管通道涵耐腐蚀性好,受力合理,整体结构与路基协同变形能力强,在工程中应用时表现出良好的工作性能和经济效益。     

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.     

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。     

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。     

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。     

不同钢内衬加固钢筋混凝土管涵力学特性试验研究

为研究不同钢内衬加固钢筋混凝土管涵的加固效果及其力学特性,对不加固的钢筋混凝土管、10 mm厚平钢管内衬加固钢筋混凝土管、波纹钢管内衬加固钢筋混凝土管3个试件进行两点加载试验,测试P—Δ曲线及截面应变。试验结果表明:采用直接加固方式时,波纹钢管内衬加固钢筋混凝土管、平钢管内衬加固钢筋混凝土管的极限承载力分别比未加固圆管的极限承载力提高240%、22%;加固形成的钢筋混凝土—内填混凝土—内衬波纹钢管截面为部分组合截面;钢筋混凝土—内填混凝土—内衬平钢管截面接近非组合截面,其受力过程与未加固管截面受力过程相似。     

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。     

波纹钢管加固不同破损程度混凝土管涵试验

为明确波纹钢管加固不同破损程度混凝土管涵的力学性能及机理，采用室内两点加载试验，对波纹钢管加固的未破坏、部分破坏和完全破坏的混凝土管涵进行研究，获得加固管的荷载-位移曲线、破坏特征和截面应变分布，基于破坏特征和截面应变分布假设加固系统为套管体系（Ⅱ类管），根据变形协调条件推导极限承载力的估算公式，并论述套管体系中各个管体的荷载分配机制。研究结果表明：波纹钢管不同程度地提高了混凝土管涵的承载能力和刚度；加固后的复合管为套管体系，荷载分配依据各个管体的环刚度大小，加固管极限承载力的计算值与实测值之间的误差小于10%；只要待加固的混凝土管涵未完全破坏，波纹钢管对钢筋混凝土管的加固效果相近，即部分破坏与未破坏的钢筋混凝土管涵采用波纹钢管加固后的承载能力相近，而完全破坏的钢筋混凝土管涵加固后的承载力较低；填充层不仅起到黏结作用，而且在荷载分配方面起着重要作用；当钢筋混凝土管涵从未破坏到完全破坏时，填充层所分担的荷载迅速增加（由30%增至80%），而波纹钢管分担的载荷仅略有增加（由7%增至18%）；当填充层的刚度从0增加到35 000 MPa时，填充层所分担的荷载从0增加到58%，钢筋混凝土管涵分担的荷载从69%下降到29%，波纹钢管分担的荷载由31%下降到13%。     

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。     

钢筋混凝土圆管涵管壁混凝土强度的试验研究

为探究不同制作工艺对钢筋混凝土圆管涵管壁混凝土强度的影响,对混凝土管涵切割弧形板式构件进行了弯曲抗拉试验、回弹试验和柱体抗压试验,分析了人工浇捣管涵、一次投料离心管涵和两次投料离心管涵的内外壁混凝土强度差异。试验结果表明:离心管涵的混凝土强度与人工浇捣管涵有较大的差异;离心法制管的投料方式对管涵内壁的混凝土强度有明显的影响;管涵内外壁混凝土强度的差异随着管涵内径和壁厚的增加而显著增大。基于试验数据分析与理论计算验证,对内外壁混凝土强度差异产生的原因进行了机理分析,并提出了钢筋混凝土管涵内外壁混凝土抗压强度和抗拉强度的调整系数。该系数考虑了不同制作工艺对管涵混凝土强度的影响,可应用于此类混凝土管涵的结构设计分析中。     

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。     

金属波纹管涵力学性能数值模拟

基于青藏铁路波纹管涵试验工程,建立金属波纹管涵的等效受力模型,运用有限元方法对其进行数值模拟,研究铁路路基荷载及列车活载共同作用下金属波纹管涵的应力、应变及变形特点.研究发现,波纹管涵不论是竖向、轴向还是环向的拉压应变均是通过波纹沿环向在波峰与波谷之间相互传递,另外拉压应变在竖向、轴向和环向也是交替出现,相互转换.结果表明,波纹管涵身的波纹具有明显的传递应变的性能.波纹管涵的这一特点不但能有效抵抗由于竖向荷载造成的侧向变形,还能有效地把竖向荷载造成的竖向变形及侧向变形通过波纹传递到轴向,充分表现了它适应变形的优良性能.     

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。     

波纹钢管廊结构设计关键技术分析与问题探讨

波纹钢管廊结构具有受力性能优、施工时间短、造价低、环保性能好等优点。为深入了解波纹钢管廊结构的承载机制、破坏特征及装配化技术、规范化断面形式、土体加固方法及措施等关键设计方法，对美国、加拿大、澳大利亚等公路、铁路工程中的排水沟、地下通道、立交工程中波纹钢管道结构的应用情况进行介绍，分析梳理波纹钢管道在国外的工程应用、规范编制、技术特征和设计施工方法，并对波纹钢管结构的荷载计算、强度验算、设计流程和方法进行详细分析。结合国内波纹钢管廊建设技术的发展需要，从建设环境、结构断面形式、装配化、围护土体加固、最小埋置深度等方面探讨波纹钢管廊建设中存在的问题及发展趋势，提出对波纹钢管廊建设关键技术的研究建议。