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。

铁路薄覆土波纹管涵静力性能试验研究

针对当前考虑铁路荷载特征的波纹钢管涵力学性能试验成果匮乏的问题,为支撑波纹钢管涵在铁路工程中的应用,开展铁路波纹钢管涵的力学性能研究。试验模拟铁路管涵结构构造,聚焦铁路活载作用响应,开展铁路薄覆土波纹钢管涵静力加载试验。研究结果表明:涵顶覆土0.6 m砂+0.3 m碎石及0.3 m砂+0.3 m碎石时均未出现涵-土脱离,试验覆土厚度能够满足波纹钢管涵发挥土-结构相互作用;但试验中管涵出现局部环拉-弯受力状态。随着覆土高度增加,恒载+活载作用下的管涵应力先减小后增大,本文工况拐点约在填土高度2~3 m;即从管涵受力角度,存在一个最优覆土厚度。随着荷载远离涵顶,管涵最大环向应力位置随之由涵顶向荷载侧45°偏移;当堆载位置在远离涵顶0.3 m位置时,管涵环向应力最大,设计时应考虑荷载偏心工况。随着涵周中砂密实度(弹模)增加,管涵环向应力最大值略有减小,管涵挠度明显减小;其原因应为涵周中砂局部进入屈服状态,故中砂压实度(弹模)对管涵最大应力影响较小,而整体上对管涵挠度响应明显。铁路波纹钢管涵采用公路相关规范的最小覆土厚度时,涵-土不会发生脱离,能够发挥土-结构相互作用;但铁路轨-枕-道床的荷载传递方式易引起管涵出现局部环向拉-弯受力状态,故建议采用更大的覆土厚度。

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。

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。

波纹钢在市政管涵工程中的应用及监测分析

为了研究波纹钢作为市政管涵材料时的变形特征,文章以在建工程为依托,通过采用现场监测的方法,对波纹钢关键节点位移进行分析,得出波纹钢的变形特征。研究结果表明:波纹钢作为市政管涵的主要材料进行施工时,最大位移发生在结构的上部区域,变形值在设计允许范围内,研究成果可为类似工程提供借鉴与参考。

高山滑雪赛道边坡防护工程结构改进研究

2022年北京冬奥会高山滑雪中心修建在海拔2198~1250 m,高海拔以及大落差导致工程混凝土自下而上运输十分困难。为了有效降低混凝土用量及节约施工成本,将原有锚杆框架梁支护结构用土钉+柔性防护网结构进行替代,将原有的一部分浆砌片石挡墙结构替换为石笼挡墙支护,同时改用钢波纹管涵代替钢筋混凝土截洪沟,通过这些手段,共计节约混凝土32872 m^(3),实现了对能源以及用料的节约,从而间接解决了自下而上的运输问题。

大孔径钢波纹管涵洞施工技术研究

基于此,文章以那霍服务区某横穿乡道为工程背景,在概述钢波纹管的力学性能与结构特点的基础上,详细分析大孔径钢波纹管涵洞施工技术应用要点,介绍了地基处理、管涵拼装、涵管回填、管座及涵管安装、变形监测及防腐处理方法,以供相关工程参考。

钢波纹管涵洞受力与变形特性模拟试验研究

通过室内模拟试验,选取钢波纹管涵洞中间断面,在特征点布设应变片、土压力盒及变形测量仪器,对钢波纹管涵洞的力学特性、管周土压力及涵管变形规律进行了研究,分析了应变与应力、管周土压力及涵管变形的变化规律。研究结果表明:钢波纹管内、外部波峰与波谷环向拉、压变化规律一致;在最高填土高度为18.0 m时,内部涵顶测点1位置环向拉、压应变与应力值最大为1146,-930με与308,-243 MPa;涵顶竖向土压力最大值为551 kPa;变形量最大为13 mm;在高填土情况下以涵顶土压力值作为涵洞设计的设计参数。

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.

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.

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。

波纹钢管涵洞在公路工程中的应用研究

通过对公路涵洞的常见破坏原因的分析,说明了多年来一直使用的钢筋混凝土圆管涵存在的一些问题。提出用波纹钢管涵代替钢筋混凝土圆管涵是解决这些问题的途径。简要介绍波纹钢圆管涵的基本知识,以及波纹钢管涵洞的施工过程。

薄覆土波纹管拱型涵洞长期受力性能研究

以某连续多跨薄覆土波纹管拱型涵洞为依托,对波纹管涵洞在运营期间的土压力和应力进行了长期监测和分析,发现环境温度变化对波纹管涵洞的长期受力性能影响显著,尤其对波纹管涵洞应力的影响较大。因此,利用Ansys有限元软件建立二维模型分析了温度对薄覆土波纹管拱型涵洞应力的影响;剔除温度的影响后,研究了薄覆土波纹管拱型涵洞在运营期间应力和土压力的长期演变规律。研究结果表明:温度周期性变化使得薄覆土波纹管拱型涵洞所受应力也呈周期性变化趋势,且相比于管顶,管中的应力变化受温度影响更为敏感;但是土压力受温度影响不明显,因此应去除温度影响后研究涵洞长期受力性能。在研究温度对波纹管拱型涵洞长期受力性能的影响时,可将温度作为温度荷载施加在有限元模型中。不考虑温度影响,对该结构在运营期间的长期受力性能监测发现,随着时间增长各测点应力有缓慢的增大趋势,且管周土体沉实后充分发挥土-结相互作用,使得薄覆土波纹管拱型涵洞应力呈减小的趋势,从而使薄覆土波纹管拱型涵洞长期受力性能逐渐向有利的方向发展。

高填方路基钢波纹管涵洞土拱效应分析

土拱是土体不均匀变形过程中逐渐形成的荷载传递形式,对岩土工程中应力场和位移场的变化和发展过程产生着重要影响。针对目前关于土拱效应理论的研究现状,通过现场试验和室内模拟分析对高填方钢波纹管涵洞管顶土拱效应进行了研究。结果表明:高填方涵顶土压力不是成σ=γH分布,而是成非线性分布;随着填土高度的增加,涵顶土压力增加幅度逐渐减小。当涵顶填土达到一定高度以后,在涵洞上方将产生拱效应,但由于高填方涵洞上方路基填料是不同于岩石的散粒体,高填方涵洞上方的拱效应具有不稳定的特点,使上部填土压力在填土高度增加过程中仍能部分地传递到涵顶上,使涵顶上的土压力小于理论土压力并随填土高度成非线性规律变化。

高填方大直径钢波纹管涵洞力学特性

为研究高填方大直径钢波纹管的力学特性,选取萍洪高速AK0+485处钢波纹管涵洞作为研究对象,通过现场测试以及数值模拟提取管体上部不同填土高度情况下管体的应变、土压力以及管体的横向和竖向变形.通过对数据进行处理分析得出测试数值与模拟数值变化趋势基本一致,管中环向应变以及管顶轴向应变分别大于其他部位的应变.管顶土压力较小,管体下45°位置的土压力较大,主要是由于大直径钢波纹管的柔性以及混凝土支撑的限制作用导致.而对于无混凝土支撑情况下的数值模拟显示,无混凝土支撑可减小应力集中现象以及大部分测点位置的土压力.

偏压荷载对钢波纹管涵洞受力变形特性的影响

采用有限元软件构建三维实体模型,对偏压及对称荷载作用下钢波纹管涵洞的受力变形及管周土压力进行对比分析。结果表明:偏压荷载作用时,管顶两侧承受较大的环向应力,最大轴向压应力分布于左侧中部;von Mises应力的2个极大值分别出现在波谷环向位置右上部17°处和左下部45°处。通过变形分析,明确了偏压荷载作用时波纹管水平变形和竖直变形的最值及形态。管周土压力在偏压荷载作用下沿环向位置呈波动变化,左半部数值总体大于右半部,最大值位于管涵左下部62°处。

埋置式钢波纹管设计方法的比较及分析

埋置式钢波纹管因其具有施工方便、环保等优点,在国外被广泛地应用于水利治理、隧道、小跨径桥涵等工程中,但在国内无成熟经验与相应的设计规范,分析研究美国和加拿大规范对我国相应工程的设计与规范的制订具有重要意义.首先介绍了美加规范关于埋置式钢波纹管的设计原理、计算方法以及参数取值.在此基础之上,运用控制变量法对钢波纹管最小覆土厚度和管壁强度验算进行实例对比.算例表明:最小覆土厚度计算时,加拿大规范除考虑管-土相互作用和土拱效应之外,还考虑了波纹管的管形效应,计算值平均比美国规范计算值大34.05%;管壁验算时美国规范没有考虑土拱效应和波纹管两侧填土重量,管壁抗力比加拿大规范计算值平均大50%以上;美国规范中关于施工验算的要求是加拿大规范的有益补充.

湿陷性黄土地区公路钢波纹管涵洞的受力特征

为了推广钢波纹管涵洞在湿陷性黄土地区的应用,解决现有涵洞不均匀沉降问题,对钢波纹管涵洞施工过程中管周的受力特征进行研究。结果表明:钢波纹管内波峰、波谷、波侧填土初期应变值存在重新分布的现象;填土高度在管顶1.0~1.5 m时,管涵受力较为复杂,施工时应重点观测;波峰整体下半圆受拉,上半圆受压,而波侧与其相反;管外土压力随着填土高度增加而增加,且填土管顶增加1.5 m以内增长速度较快,后趋于平缓。