不同填土高度下超大直径钢波纹管拱涵的力学性能分析

施工阶段的填土高度对超大直径钢波纹管拱涵的力学性能影响较大.为保障超大直径钢波纹管拱涵的施工安全,建立12个超大直径钢波纹管拱涵的整体结构有限元模型,分别计算其自重与土压力、自重与车辆荷载共同作用下整体结构的变形与所受应力.建立直径8.79 m第1号波纹管和直径11.00 m第6号波纹管的精细化有限元模型,分析这两种直径拱涵在不同施工阶段填土高度下的受力和变形特征.结果表明,随着填土高度增加到7 m,第1号波纹管的竖向位移与应力不断增加,第6号波纹管的位移与应力先减后增,管顶与管底的水平位移很小,但竖向位移很大;在自重与土应力作用下,土体和波纹管的最大竖向位移分别为67.16 mm和39.28 mm,波纹管的最大拉力与压力分别为13.95 MPa和2.95 MPa;在自重与车辆作用下,波纹管的最大竖向位移为10.37 mm,最大拉力与压力分别为26.65 MPa和0.47 MPa.以上结果均满足拱涵结构的变形与受力要求,对于不同填土高度下较大的结构竖向变形,建议提高底层土体的压实度.研究成果对超大直径钢波纹管涵的推广应用具有重要意义.