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。

波纹管涵在公路设计和施工中的应用分析

西南地区高速公路建设往往受地理条件的限制,采用传统的钢筋混凝土盖板涵和箱涵,往往施工周期长、造价高。近年来,随着新材料技术的不断发展,以及装配式施工理念的推广,金属波纹管作为一种新型环保材料,在施工、安装、造价等方面都具有较好的优势,目前在高速公路建设中进行了较好的推广。对金属波纹管涵的优点进行了分析,研究其在高速公路涵洞设计及施工实践中的运用,并以贵州高速公路涵洞设计为例进行分析论证,结果表明,金属波纹管涵节省投资、缩短工期、安装更便捷、环保。

钢波纹管涵结构设计与施工工艺研究

为进一步推广钢波纹管涵在工程建设中的应用,对比分析了各国相关设计方法,对截面参数计算进行简化,并以省道S349束馆至左权公路魏县绕城段改建工程钢波纹管涵洞为例,详细总结归纳了施工工艺和检测评定方法,最后对造价及工期指标进行了对比。研究结果表明,本文提出的钢波纹管涵截面参数计算方法简便可靠,精度较高,相关工艺可实施性强,造价及工期具有显著优势,具有良好的社会效益和经济效益。

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。

双孔大直径新型钢波纹管涵结构设计检算方法探析

以某项目的钢波纹管涵洞设计为依托,在总结分析国内外钢波纹管涵各种结构设计计算方法的基础上,采用CHBDC和AISI法从不同角度对钢波纹管涵结构进行设计检算,并采用有限元软件进行模拟校核。工程实例表明:该法取得了较好的设计效果,对今后类似钢波纹管涵的结构设计检算具有一定的借鉴意义。

管–土相对刚度对高填方钢波纹管涵承载特性的影响分析

在中国西部地区,广泛分布着黄土丘陵、深沟和山间河谷。在道路建设中,高填路基是应对这些地形的主要方式之一。为了满足排水和通行的需求,在高填路基中需要设置涵洞。钢波纹管被广泛应用于横向排水结构,因其具备优秀的变形协调性能,尤其适用于深厚填土体。本研究针对高填路基条件下钢波纹管涵的承载特性进行了数值计算分析,着重考虑了管涵刚度的变化。本文建立了高填方钢波纹管涵的有限元模型,研究了不同填土高度及管涵刚度对土拱效应的影响。并设置了管涵刚度分别为原刚度的0.1倍、0.5倍、5倍和10倍,研究了不同管–土相对刚度条件下,管涵的竖向变形、涵顶土体沉降以及刚柔性状况。结果显示:1) 随填土高度的增加,管顶变形由向上变形转为线性下沉;2) 原刚度下填土高度较小时呈现正土拱效应,随填土高度的增加转变为负土拱效应;3) 变刚度下刚度较低的管涵更易出现正土拱,刚度较高的管涵更易形成负土拱。研究认为,合理选择管涵刚度,在一定填土高度下可以形成有利的正土拱效应,减小管涵承受的土体荷载,提高使用寿命。后续研究将考虑其他影响因素对土拱效应的作用机理,为工程设计提供参考。

钢波纹管涵在高寒地区的施工技术应用

钢波纹管是一种性能良好的公路建筑材料,此种类型的产品呈现出了较强的耐久性和抗变形能力,施工工期较短、施工安装十分便利等诸多特征,适合应用于高寒冻土区域、软土地基地带和抢险工程施工中,在各项领域中有着极高的优势,文章中以省道203线阿尔山至乌兰浩特公路工程举例说明,在高寒区域公路施工作业开展过程中,结合施工各个阶段,简单论述了钢波纹管涵施工技术的具体应用要点,探讨了钢波纹管涵的整体性能。

高填方大跨径钢波纹管涵力学性能有限元分析

为了研究大跨径钢波纹管在高填土作用下的应力、应变响应,文章通过ABAQUS有限元建模方法,对钢波纹管涵施工过程中及汽车荷载作用下的应力和位移进行了分析。结果表明,钢波纹管涵变形和应力均满足规范要求。由此可见高填方下的大跨径钢波纹管涵在工程应用上具有可行性,文章研究内容可为高填方大跨径钢波纹管涵的设计与施工提供参考和借鉴。

高填方钢波纹管涵土-管共同作用测试与分析

为了探究高填方大跨钢波纹管涵变形、应力和土压力特征以及土-管共同作用的机理和影响因素,对一座双孔高填方大跨钢波纹管涵进行了试验测试。提出了考虑土体及土-管接触非线性特性的有限元建模方法。综合考虑管涵直径、波形尺寸及多管效应对土-管共同作用及土压力分布的影响,提出了管内对拉钢索控制管涵变形和应力的施工措施,对管顶铺设EPS板的减荷效果进行了数值模拟。结果表明:ANSYS有限元模型充分地考虑了土体与土-管接触的非线性特性,计算结果较为精确,钢波纹管涵变形、应力与径向土压力的计算结果与实测结果相吻合,变化趋势基本一致,径向土压力计算结果与实测值最大误差只有12.48%左右;管涵几何参数(管涵直径、波形尺寸)对钢波纹管涵受力特性影响显著;多管效应对钢波纹管涵土压力分布影响显著;管顶竖向土压力在高填方回填土中受土-管共同作用影响显著,随着填土高度增加,土-管共同作用引起的整体土拱效应经历了先负向增长再正向增长的过程,并在临界高度时达到土拱效应最大负向化;在填土完成后去除管内对拉钢索,变形最大减小46.65%,最大等效应力减小约9%;管顶铺设厚度为0.2 m的EPS板,管涵变形、应力及土压力都显著减小,管顶仅需承担46.85%的上方土体自重。

重载交通下钢波纹管涵对沥青路面的变形影响

目的 探究重载交通条件下钢波纹管涵对沥青路面的变形影响,提高埋设钢波纹管涵沥青路面的寿命。方法 以计算机科学、道路工程等理论为基础,借助Midas GTS NX软件建立三维地层结构模型,对不同荷载下埋设钢波纹管涵的前、后多种工况进行模拟分析,探究荷载与钢波纹管、沥青路面不同方向变形之间的关系。结果 钢波纹管的埋设可以有效扩散土体中的应力,减少车辆荷载带给路面各结构层的沉降变形;双钢波纹管在荷载作用点处的变形较大,相邻管涵的变形较小,上半管对应力的承受程度要远大于下半管;得到了钢波纹管变形“飞鸽”模型。结论 不同荷载作用下,轴载的增大会减弱钢波纹管的应力扩散效果;笔者构建了不同荷载与路面结构层变形的关系模型,可为铺设钢波纹管涵沥青路面的病害防治提供数据支持。

大跨度多孔钢波纹管涵数值计算与分析

钢波纹管涵通常设计成单孔形式,以便于回填施工,但是对于多孔钢波纹管涵受力变形研究相对较少。为分析多孔钢波纹管涵的受力特征,通过建立ABAQUS整体和局部有限元模型,选取成桥阶段及施工阶段分别对管涵受力及变形两方面展开研究。有限元计算结果显示:成桥阶段管涵最大应力为267.2 MPa,最大竖向变形为21.6 mm;在覆土厚度为0.7 m,且路面结构层未施工时,管涵最大应力为155.0 MPa,最大竖向变形为87.8 mm;两种工况受力及变形均满足规范要求,表明在本项目中该多孔钢波纹管涵设计方案是合理可行的,可为同类型项目设计和施工提供参考。

高速公路钢波纹管涵力学性能及变形特征分析

为探究高速公路钢波纹管涵受力变形性能特征,以汾阳至石楼高速公路路基第1合同段钢波纹管涵现场试验为依托,进行试验设计,对力学性能试验结果进行分析,并对工程应用效果进行探讨。结果表明,钢波纹管涵在填土过程中,随着荷载作用,管内外波峰、波谷环向拉应力和压应力变动规律趋于一致,且均处于受力稳定状态;相较于钢筋混凝土盖板涵,钢波纹管涵具有更好的社会效益和经济效益,应用前景良好。

钢波纹管涵在农村公路中的设计及应用

为研究钢波纹管涵在农村公路中的设计及应用,结合实际工程,阐述了钢波纹管涵工程特性,介绍了钢波纹管涵概念以及在农村公路中的具体设计要求,重点对钢波纹管涵在农村公路应用中的设计及施工要求进行研究。

半圆形钢波纹管涵施工关键技术研究

文章结合广西信都至梧州高速公路二期工程半圆形大直径钢波纹管涵工程实例,介绍了钢波纹管涵的优点,分析了钢波纹管涵施工工艺方法,总结了钢波纹管涵洞施工控制要点,为今后公路工程项目钢波纹管涵洞施工建设提供参考。

钢波纹管涵施工技术在公路工程中的应用

结合哈北高速公路工程,论述了公路工程中钢波纹涵洞施工的关键技术,包括横向放样、基坑开挖、管接头装配等。通过分析得出,在波纹管涵施工之前,对基坑进行开挖和基础处理,同时对管接头进行组装,保证钢波纹管的施工质量,使波纹管涵洞整体质量达到标准要求。

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。

高填方路堤下钢波纹管涵受力与变形特征离心模型试验

为探明高填方路堤下钢波纹管涵结构的受力性状与变形规律,采用离心模型试验的方法,研究了不同路堤填筑高度、与路堤主线夹角及涵管直径对钢波纹管涵轴向、环向受力及变形特征的影响。研究结果表明:在钢波纹管涵涵顶、涵侧及涵底不同测点位置处,波峰(或波谷)的轴向应力与环向应力呈拉、压相反的变化规律,波峰的轴向应力(或环向应力)和波谷的轴向应力(或环向应力)亦呈拉、压相反的变化规律,原型工况下钢波纹管涵的最大拉、压应力分别为59.85 MPa和-59.06 MPa,涵管尚处于弹性受力阶段,满足设计使用要求;钢波纹管涵各测点的轴向、环向应力均随其与路堤主线夹角的增大呈缓慢增大的趋势,夹角从30°增大到90°时,最大拉、压应力分别增长了25.90%和30.57%;涵管直径的变化对钢波纹管涵各测点应力影响非常明显,当涵管直径由3.0 m增大到4.4 m时,最大拉、压应力分别增长了55.05%和63.49%;各测点应力随路堤填筑高度的增加呈线性变化趋势,当路堤填筑高度由14 m增加到16,20 m时,钢波纹管涵各测点最大拉应力分别是原型工况下的1.21倍、1.40倍,最大压应力分别是原型工况下的1.08倍、1.23倍;当路堤填筑高度为26 m时,钢波纹管涵的拉、压应力与应变最大值分别为251.89,-302.65 MPa和1199.49με,-1441.17με,涵管进入屈服状态。

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。

多孔大直径钢波纹管涵填筑施工过程模拟优化

利用有限元软件针对武安营玉公路多孔大直径钢波纹管填筑施工过程进行数值模拟,分别考虑分层均匀填筑和一次性填筑、对称分层填筑和一侧一次填筑到顶对管壁切向应力的影响,对类似工程项目的填筑施工提供了必要的理论支持。