高填方大直径钢波纹管涵变形机制与控制技术研究

目的 研究高填方大直径钢波纹管涵变形机制与控制技术,解决其结构变形过大的问题。方法 基于管道压缩变形公式,提出在管涵两侧一定范围内填筑水泥土材料的新技术;通过室内试验确定水泥土材料中最优水泥质量分数,再基于数值模拟和现场试验分析采用新技术施工的管涵结构的受力及变形特征及其上部竖向土压力分布规律,确定最优管侧填筑范围。结果 新填筑技术能充分利用水泥土的刚度限制管涵的变形,当管涵两侧2/3管径范围内采用水泥质量分数为8%水泥土回填时,管涵的最大竖向及水平变形分别减少了35.1%和55.0%,结构最大应力也由管顶处转移至管涵上部45°附近,受力更为合理。结论 新填筑技术使管涵更好地与周围土体逐步变形协调,产生荷载重分布形成土拱效应,将管顶土压力由管中心向管边缘处转移,有效减小了钢波纹管涵结构变形和应力集中。

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。

低填方路基施工过程中钢波纹管涵洞受力变形分析

研究低填方路基在动态施工过程中钢波纹管涵洞的受力特点与变形特征对于涵洞设计与现场施工方案的编制具有重要意义。本文以新晋高速公路为例,针对低填方段动态施工过程中的钢波纹管涵洞的内外壁轴向和切向受力特征及变形特性,并结合管顶处土压力随填土高度的分布规律进行研究分析,研究发现:管涵顶部的土压力系数变化反应为土拱生成、破坏、新土拱生成的受力传递效应;侧面填土的拖拽作用而产生附加应力是造成管涵顶部土压力远大于侧面土压力的主要原因;在低填方段中管涵顶部应变最大,而变形主要体现在水平向的压缩和竖直向的拉伸,最终使管涵截面呈现椭圆状变形,因此在实际施工过程中应加大顶部的防护。

农村公路涵洞设计中波纹钢结构涵的设计研究

为解决农村公路涵洞设计中波纹钢结构涵的问题,提高波纹钢结构涵的承载能力和抗震性能,对其进行深入研究。首先,分析不同类型波纹钢结构涵的优缺点;其次,研究波纹钢结构涵的材料与选择;最后,从具体步骤、质量控制与监测、安全管理3个方面论述波纹钢结构涵的制造与装配过程,为农村公路涵洞设计提供参考。

YTHG钢波纹管涵在黄土地区施工技术及质量控制研究

钢波纹管涵作为一种新型高强排水设施,以其优良的受力特性,有效解决了因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏等问题,提高了行车舒适性,以其独特的施工工艺,有效缩短工期,降低建设成本。结合子姚高速公路YTHG钢波纹管涵设计施工实例,从施工方案设计、施工工艺研究、施工质量控制等方面研究分析YTHG钢波纹管涵在黄土地区施工技术及质量控制,施工效益良好,易有效控制施工质量,为类似施工提供参考。

波纹钢管涵的土压力分析及其工程应用建议

文章以波纹钢管涵横断面为研究对象,首先分析出波纹钢管涵的最合理受力状态,即在设计荷载作用下其横断面弯矩为零的状态。对波纹钢管涵的受力进行假设分析,得出波纹钢管涵横截面受土压力的模型及土压力计算公式。结合波纹钢管涵的实际受力状态,提出了3点工程应用建议。该成果可为波纹钢管涵的设计及施工提供一定参考价值。

山区钢波纹管涵关键施工技术分析

山区高速受地形地貌影响,部分涵洞通道位置位于山间谷地,进场条件恶劣;同时受工期影响,现浇涵洞通道工效不能满足要求。而钢波纹管式涵洞通道具有施工工期短、地基要求低、变形适应性强、结构受力合理等优点。由于山区高速受地形地貌影响,部分涵洞通道位置位于山间谷地,进场条件恶劣;同时受工期影响,现浇涵洞通道工效不能满足要求,于是工厂化、装配化、轻量化的钢波纹管函广泛应用于类似工点位置,以满足快速化施工需求。重点介绍钢波纹管涵基础开挖、基础处理、基底及涵背回填、钢结构防腐、安装关键施工技术,为钢波纹管涵施工提供借鉴指导。

钢波纹管涵洞受力与变形特性现场试验分析

为搞清公路路基钢波纹管涵洞在填土荷载作用下的受力与变形特性,结合工程实际,通过现场试验,研究其在路基填筑过程中的工作性能.试验结果表明:钢波纹管涵洞内侧主要承受压应力,外侧主要承受拉应力;最大填土高度时,拉、压应力均在30 MPa左右;断面内、外侧的应变应力出现相反的拉压变化规律,且涵顶两侧45°位置为受力薄弱点.说明实际钢波纹管涵洞设计与施工中应给予关注,特别是在高填土荷载作用下,应对相应的部位进行加强或从施工工艺上采取措施.

朔神高速钢筋混凝土圆管涵施工技术

为了提高高速公路钢筋混凝土圆管涵施工效率与建设质量,保证公路的安全稳定运营,研究设计了一种高速钢筋混凝土圆管涵施工技术。根据朔神高速钢筋混凝土圆管涵施工项目的基本概况,选择合适的施工设备与基础材料,设计标高,测量放线,开挖基坑,完成垫层施工,灌注平基混凝土,安装管道,完成洞口施工,浇筑混凝土,回填基坑,完成高速公路的钢筋混凝土圆管涵施工工艺流程。结果显示:在等效加载试验下,不同工况、不同测试样点的混凝土最大应力、钢筋最大应力的检测结果,均大于初始的设计载荷,具有足够的抗压能力,满足设计要求。测试样点的钢筋混凝土圆管涵产生裂缝时的实际加载力远大于设计值,具有良好的强度与抗变形能力,满足实际要求。

基于土-钢共同作用模型的覆土波纹钢板拱桥施工过程受力分析

通过积分计算波纹钢板截面特性,并利用刚度等效的原则将其简化为平钢板,建立了平面二维土体与结构共同作用模型,计算分析了土体参数对结构受力的影响.采用有限元分析技巧,对一座实际波纹钢板拱桥的施工过程进行了模拟,计算分析了施工过程中关键截面的变形和内力变化规律.计算和分析结果表明,波纹板截面特性的积分算法具有很高的精度,通过刚度等效方法建立的土-钢共同作用模型可以考虑土与结构相互作用.施工过程的模拟结果说明,覆土波纹钢板拱桥施工过程中变形和内力变化较大,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的位移和内力变化.

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。

圆形截面覆土波纹钢桥涵长期受力性能试验研究

以山东某多孔圆形截面波纹钢桥涵为依托,对其土压力和应力进行了长期监测和分析,发现温度和基础沉降对波纹钢桥涵长期受力性能有着较大影响.通过有限元模型具体分析了温度和基础沉降的影响,并对实测数据进行了修正,得出了波纹钢桥涵在填土施工完成后应力和土压力的长期发展规律.结果表明:在施工结束后长期作用阶段,管涵所受土压力变化主要受土体沉降密实的影响,土体沉降密实总体有利于土体与结构相互作用的发挥,而温度对光纤光栅传感器长期测试数据影响较大,去除该影响后各测点应力有所增长,但增长缓慢,且在一段时间以后,甚至有减小趋势,这与土压力长期变化趋势相互印证,说明波纹钢板桥涵长期受力性能将逐渐趋向对结构有利方向发展;基础沉降对管涵应力有一定影响,随沉降值逐渐增加,管中趋于受压,水平土压力也逐渐增加;而管顶趋于受拉,竖向土压力也逐渐减小,说明波纹钢桥涵对于基础沉降有较好的适应性.

高路堤钢波纹管涵与钢筋混凝土拱涵土压力对比分析

采用薄壳波纹状结构涵洞替代混凝土等圬工涵洞在发达国家已较为普遍，除了因为薄壳波纹状结构涵洞和地基具有很好的变形协同性外，其环保性和经济性优势也成为道路界的共识。本期第一篇特稿对比研究了高路堤波纹管涵洞和钢筋混凝土拱涵两种结构形式下管周及周围土体的变形规律，由研究结果可知，钢筋混凝土拱涵涵周应力值较大，容易使结构出现裂缝及破坏，而钢波纹管力学性能优良，可将管周土压力合理地进行二次分布。第二篇特稿则结合实际工程研究了多年冻土区钢波纹管涵洞的力学性能，实践证明，这种涵洞结构可以很好地解决多年冻土区混凝土涵洞由冻融引起的不均匀沉降、裂缝、桥头“跳车”、冻胀疲劳破坏等病害现象，且具有良好的经济效益和社会效益。

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。

埋置波纹钢板管涵刚度对其受力性能的影响

为了分析埋置波纹钢板管涵结构的刚柔性及对整体受力性能的影响,建立了考虑土-结相互作用的有限元模型,在其他参数不变的条件下,改变波纹钢板的波形和厚度,分别计算和对比管涵内力、变形及土体变形,分析各种截面类型下波纹钢管涵的刚柔性,并研究各种情况下管涵内力、变形和土体变形分布的特点.结果表明:波纹钢板的截面特性参数改变会导致管涵结构刚柔性的改变;波纹钢板截面刚度的增大,使管涵的变形减小,导致管涵结构受到的土压力增大和管涵的应力增大;应平衡结构的应力和变形,合理选择波纹钢板的截面形式.

多孔大直径钢波纹管在填土荷载作用下的力学性能分析

钢波纹管应用于地基中能够基本上避免因地基变形导致的涵洞破坏,减小路面因地基沉降而产生的应力集中。针对背景工程中的大直径钢波纹管进行试验监测,分析钢波纹管在不同填土高度状况下的应力、应变规律,同时利用有限元分析软件进行数值模拟,对比分析不同状况下波纹管的应力、应变状况。

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。

大跨径覆土波纹钢圆管涵稳定性分析

覆土波纹钢圆管涵随跨径增大,在施工过程中,波纹管涵环向受压的土-结相互作用还未形成,可能会出现失稳情况.依据某6m管涵实体工程建立了有限元模型,计算其施工过程中的变形规律,并与实测值对比,验证了有限元模型的正确性.对比分析了不同跨径管涵屈曲荷载,选择8m跨度的圆管涵,通过有限元模型分别模拟了基底和回填土层、管涵以上大型施工机械作用对结构屈曲荷载的影响.结果表明:在基底和回填土层填料、压实度不符合要求,以及填土高度小于最小覆土厚度的情况下,在管涵上方施工机械作用,都会使结构稳定性能大大降低.可通过增加横向、斜向拉筋和底部支撑等方式来增加结构稳定性,其中增加底部支撑的效果最为显著.

钢筋混凝土圆管涵破裂原因分析与防治

通过钢筋混凝土圆管涵的力学分析,找出引起圆管涵破裂的外因———施工荷载及填筑方法,提供了新的填筑方法及控制施工荷载的方法。为了提高涵管承载能力。

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。