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。     

高填方段大孔径波纹管涵结构受力性能试验研究

基于原位观测试验,通过对不同填土高度的管涵荷载及变形、管涵及涵周土体应力分布的全程量测,对不同填土高度下大孔径波纹管涵的力学性能进行了深入分析。结果表明,管顶始终处于压应力状态,从管顶向下至90度范围截面承载逐渐转为拉应力,而从90度截面至管底,波谷截面主要承受拉力,并至管底达到最大值,而波峰截面则由拉应力向压应力转变,至管底为压应力状态。波纹管涵应力及变形均随着填土高度逐渐增长,但其增速逐渐变缓,并最终趋于稳定,其大小均满足波纹管涵的使用要求。而涵顶与涵底土压力测试数据表明,波纹管涵土压力值与规范方法计算值存在较大差异,且差异随填土高度的增加进一步加大,表明高填方段的管涵土压力计算应进行适当折减。     

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。     

钢波纹管涵通车过程中的变形分析及施工工艺优化

为了使钢波纹管涵更好地发挥钢结构的优势,减少公路运营过程中的沉降、变形,以武安市莹玉公路为实例,通过创建波纹管模型,对运营车辆及填土对钢波纹管涵的受力影响进行分析,得出管周60°～120°应变值最大;同时对波纹管不同部位采取不同的回填方法,使填料与管涵的整体协调性良好,该方法为波纹管涵施工提供了理论指导。     

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。     

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。     

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.     

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。     

双层钢波纹管涵注浆有限元分析

将管径不同的钢波纹管以轴线重合为基准进行内外套嵌,层间采用高压水泥砂浆填筑,构造一种新型复合结构的钢波纹管涵洞形式,模拟实际工程状况,采用大型通用有限元Ansys软件建立力学分析模型,以反开槽回填法施加模型边界条件,以公路-Ⅰ级车辆荷载施加模型等效载荷,研究单层普通钢波纹管涵与双层注浆钢波纹管涵在不同工况作用下的受力变形规律。     

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。     

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。     

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。     

低路堤荷载作用下钢波纹管涵切向应变现场测试

为研究钢波纹管涵在低路堤荷载作用下的力学性能,依托泗许高速安徽淮北段一处试验涵,对荷载分别作用于超车道、行车道、应急车道情况下管涵的切向应变进行现场测试。试验数据表明：当荷载作用于不同车道时,钢波纹管切向应变不同,随着荷载的移动,波纹管不同断面同一角度的切向应变值不同但变化规律相似。试验结果可以为今后的钢波纹管涵洞设计和施工提供理论依据。     

高填路堤下圆管涵典型断面研究

对常用几何尺寸不同填土高度下的圆管涵采用数值模拟的方法进行了建模计算,得出了不同工况下圆管涵洞的受力性状。结合有限元应力云图及有限元计算结果对不同工况下圆管涵控制断面环向应力及控制设计的弯矩进行了分析,绘制了弯矩图。利用结构简化计算方法对有限元方法计算结果进行了验算比较,得出了高填路堤下圆管涵典型断面。计算结果表明:采用有限单元法计算、分析涵洞结构受力性状可以合理地反映出土体和结构的共同作用,因此计算结果比一般方法更接近实际。     

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。     

钢波纹管涵洞的薄壳效应

从旋转对称壳基本理论着手,总结发现工程计算法、解析法等均不适用竖向受力的涵洞工程。根据试验数据用有限元法分析了钢波纹管涵洞大应变与小应变问题,得到两者的结果非常接近,完全可以采用小应变方法进行分析。针对工程现场采用的反开槽回填法施工,建立了有限元力学分析模型,采用底面约束所有位移和扭转自由度、管两侧立面施加水平位移约束、顶面施加荷载、其余面自由的边界条件,施加竖向汽车荷载进行分析。结果表明,该模型得到的计算结果和现场实测值拟合良好,说明该法是可行的,所得的结论是可靠的。     

大孔径钢波纹管涵洞设计中不同计算方法比较研究

目前国内大跨径钢波纹管涵洞设计无规范可依,设计方法存在盲目性,研究了国外典型设计计算方法和特点以指导工程设计,分别采用CHBDC、AASHTO和AISI3种设计方法对湖南某波纹管涵洞进行了波形和板厚的优化设计,对比分析了管壁压应力和接缝强度的差异。研究结果表明：CHBDC对管壁压应力控制最严、其次是AASHTO,最后是AISI。AASHTO对接缝强度要求最严、而CHBDC与AISI基本相当,结构设计时应采用多种设计计算方法进行校核。