波纹钢形状与拱效应对加固盖板涵承载力的影响

为了探索波纹钢形状对加固盖板涵承载力的影响及填充混凝土的拱效应形成机制,采用室内试验与数值分析相结合的研究方法,以一个室内模型试验结果为基准,建立了72个箱形、圆弧及其之间的过渡形状的波纹钢加固盖板涵的数值模型,探明了加固体系承载力随波纹钢形状参数的变化规律;基于合理拱轴的概念,探明了填充混凝土的拱效应形成机理,并采用5个数值模型进行了验证。结果表明:拱腋半径保持不变时,加固体系的承载力随着拱顶、侧墙半径的增加而减小;拱顶、侧墙半径不变时,加固体系的承载力随着拱腋半径的增加而增大;提升加固体系承载力最有效的方式是增加拱腋半径,其次是减小拱顶和侧墙半径;填充混凝土的拱效应与荷载类型有关,当波纹钢的形状能保持拱轴连续并且在素混凝土刚性角以内时,加固体系的承载力最高。在设计波纹钢加固盖板涵结构时,应根据实际工程需要综合考虑波纹钢形状与填充混凝土的拱效应,尽量避免紧贴原盖板涵的加固设计。

带加强圈的多跨钢波纹板拱涵施工力学行为试验研究

以4孔跨度9m钢波纹板拱涵为背景开展现场试验研究,针对拱背浇筑泡沫混凝土和拱顶回填土体施工过程,分析不同拱跨、有无加强圈断面关键位置的受力和变形特征。主要结论为:不同拱跨与有无加强圈对拱涵位移影响较小,且拱涵变形总体较小,最大约为4mm,应力满足设计标准,但拱脚截面应进行重点监控;不对称回填和不同回填材料造成边中跨、边跨两侧应力存在差异,在拱顶回填中,边跨钢波纹板、钢筋和加强圈内混凝土的应力均比中跨对应位置要大,最大差值分别为31.06,27.29,1.93MPa;加强圈仅在拱顶回填时充分参与受力,能显著减小拱脚波峰位置钢波纹板应力,减小量约为其设计强度的10%。

重载铁路隧道衬砌病害套衬整治关键技术及应用

为解决重载铁路隧道衬砌空洞、剥落掉块等问题,提出适用于重载铁路衬砌病害整治的套衬技术,即波纹板套衬和钢拱架套衬。依托大秦铁路和尚坪隧道衬砌病害整治项目,从套衬结构设计、防腐处理、施工工艺等方面进行论述,建立数值模型对套衬加固效果进行分析,并论述了波纹板套衬和钢拱架套衬结构性能及适用性。结果表明:两种套衬方案均可增加隧道衬砌的承载能力,适用于大秦铁路隧道衬砌病害整治;波纹板套衬抗弯刚度较钢拱架套衬大;钢拱架套衬施工效率和经济效益大于波纹板套衬。

钢混加强圈对钢波纹板裸拱涵动力特性的影响研究

基于现场试验和数值仿真手段研究了设置钢混加强圈的钢波纹板拱涵的动力特性。首先,采用锤击试验原理,测试了某实际钢波纹板裸拱的轴向、环向及局部振动传递特性。然后,采用有限元法计算了结构振动响应,并与试验结果对比验证其可靠性。在此基础上,分析了有无加强圈、加强圈间距、加强圈填充混凝土的影响规律。结果表明:钢混加强圈能有效提高钢波纹板拱涵结构的整体刚度,并起到显著阻振隔振效果;与不设加强圈相比,设加强圈时相同距离测点的加速度频响衰减量增大约30dB;空心钢板加强圈和钢混加强圈均能对振动衰减起积极作用,但钢混加强圈的隔振效果远好于空心钢板加强圈。

加强圈对钢波纹板拱涵受力行为的影响研究

为研究大跨度钢波纹板拱涵在增设混凝土加强圈后的受力行为,建立考虑土–拱相互作用的精细化有限元模型,并与CHBDC的分析方法进行对比。在此基础上,研究加强圈承担的截面内力及其在拱脚、拱腰和拱顶等部位的分布规律,并讨论加强圈厚度、间距和宽度对拱涵力学行为的影响。研究表明:采用CHBDC方法计算钢波纹板拱涵时,轴力将被低估,其与精细化有限元计算结果的比值为0.38~0.48;钢波纹板拱涵的轴力起控制作用,加强圈使得最大轴力减小了22.14%;在拱脚位置,加强圈承担的截面轴力最大,占比50.32%;加强圈各部位的轴力贡献度与其设计参数呈正相关,增大加强圈宽度优于增加厚度和减小间距。

波纹钢加固盖板涵受力机理及影响参数数值研究

为明确波纹钢加固盖板涵的受力机理以及不同设计参数对结构承载力和刚度的影响,本文依托波纹钢加固的跨径4m的盖板涵的实体工程,在考虑原涵洞的二次受力状态以及界面接触属性的基础上,利用两步法建模的方法分析了原涵洞退化程度、界面处理方式、波形参数、填充层强度和厚度等参数对加固后的承载能力、刚度、破坏状态的影响,并分析了波纹钢加固盖板涵的受力体系。结果表明:波纹钢在设计值状态下的应力主要由湿重状态下的混凝土的侧压力产生;利用波纹钢对盖板涵加固后承载能力提高25~85倍,刚度提高26~136倍。结合面的处理方式和混凝土填充层的厚度对承载力和刚度的影响显著,波形参数、混凝土强度对承载力和刚度的影响较小;波纹钢不是承受荷载的主要部件,给结构提供足够的支撑作用,使得结构从单一的盖板破坏转变为多位置的共同破坏,结构的承载力和延性得到明显的提升。

波形钢板管涵的刚度计算方法

结合波形钢板管涵的弹性力学性能与加拿大波形钢桥涵规范,以半圆弧拱为例推导了波形钢管涵结构变形的计算方法。利用此方法计算了典型尺寸的波形钢板管涵结构在填土作用下结构竖向、横向变形随填土高度的变化规律,并与工程实测结果进行了对比。对比结果显示,提出的计算方法能基本模拟波形钢板管涵结构的形状变化,除填土高度较小时拱顶竖向变形差距较大外,其余工况下提出的方法计算结果与实测值基本吻合,表明提出的波形钢板管涵结构的变形计算方法具有较高的合理性,可作为波形钢板管涵结构设计的参考。

波纹钢-混凝土组合结构在圬工拱桥加固中的应用研究

依托一座5跨圬工拱桥,在考虑原拱桥的二次受力以及界面接触属性的基础上,利用ABAQUS研究采用波纹钢-混凝土组合结构加固的圬工拱桥力学性能的变化。结果表明:加固后混凝土为主要受力构件,波纹钢和原拱圈的内力相当;车辆荷载作用下拱顶轴力降低85.7%,挠度降低79.5%;加固后关键截面应力均小于规范限制,达到了预期的加固效果。此外,施工过程中波纹钢板可作为混凝土的浇筑模板,施工便捷,工期明显缩短。本文可为现有圬工拱桥加固提供设计参考和工程借鉴。

大跨径拼装式波纹钢板-混凝土箱涵受力分析

针对大跨径波纹钢管涵结构空间利用率较差,且拱脚处应力集中情况明显的问题,采用拼装式波纹钢板-混凝土组合结构箱涵控制受力及变形情况。依托安庆某跨径为7.8m的钢波纹箱涵实际工程,采用波纹钢板-混凝土组合结构施工,并使用通用有限元分析软件ABAQUS对单波纹钢结构与组合结构的受力及变形情况进行数值模拟分析。结果表明,采用了拼装式波纹钢板-混凝土组合结构后的箱涵,其波峰处的最大应力减小了85.58%,波谷处的最大应力减小了67.86%,结构最大位移减小了76.97%,结构整体变形率仅为0.05%。对比工程现场监测数据,有限元模拟结果基本符合预期,为今后波纹钢板-混凝土结构在公路箱涵中的应用提供了理论依据。

山区高填路基中波纹钢拱箱涵探索与应用

甘肃地处黄土高原区,地形变化多端,山川交错,河谷纵横。近年来随着经济的快速发展,高速公路建设遍地开花,在这种大背景下,一些复杂山区公路建设中常会遇见大范围高填路基,有些高填路基高度甚至能达到60 m以上。为方便当地居民生产生活兼顾排水,高填路基下常设有通道涵,传统的涵洞结构形式有盖板涵、预制箱涵等,在高填无法形成土拱效应时,涵洞往往会承受巨大的填土压力,这两种涵洞结构形式在高填路基中的应用常会受到限制,基于此,提出一种新型波纹钢拱箱型通道涵,该拱形钢混组合结构受力性能优越,耐过载能力强,且可工厂化生产、分块加工、分块运输、现场拼装、施工及运输方便,特别适合作为山区高填路基通道涵使用。

高速铁路软土地基钢波纹板涵洞施工技术

本文依托高速铁路工程施工,介绍了软土地基钢波纹板涵施工技术,分析了采用CFG桩加固的优点,极大地维持了原状土地下水渗流形态,并基于大断面钢波纹板涵安装,详细介绍了辅助安装装置构造、施工原理及施工工艺.同时从波纹板性能要求、紧固件性能要求、防腐层性能要求等三个方面,提出了钢波纹板涵洞质量验收指标,以期对类似工程施工提供借鉴和参考.

波形钢板在钢筋混凝土拱桥中的应用

波形钢板组合拱桥结构是通过在钢筋混凝土拱座预埋地脚螺栓,然后采用角钢与波形钢板底部连接,横向利用高强螺栓拼接形成,最后在其上浇筑钢筋混凝土拱圈的一种新型结构形式。其优点在于,采用波形钢板作为底衬,减少了支模步骤,且波形钢板参与拱圈结构受力,能更大程度上分散荷载的应力集中,达到经济适用目的。

管拱型钢波纹管涵洞有限元计算分析

为拓展钢波纹管的应用型式,运用大型有限元分析软件建立合理的力学有限元模型,对管拱型钢波纹管涵洞的受力变形进行了计算分析。运用有限元法分析得出管拱型钢波纹管涵洞土体受力变形规律。在建立的有限元模型中,通过施加公路-Ⅰ级荷载分析得出,填土高度对不同的拱顶角度的管拱型钢波纹管的周向等效应力、最大等效应力、横向位移、竖向位移的变化规律,确定了最优管型。对管拱型钢波纹管涵洞在公路工程中的发展、运用具有重要现实指导意义。

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.

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。

多孔钢波纹板拱桥结构的稳定性及动力响应分析

对自主设计的三孔钢波纹板拱桥结构进行野外车辆荷载试验,得出了不同车速、不同车道下三孔钢波纹板拱桥动态挠度及冲击系数的变化规律;通过对有限元计算数据与实测数据的对比,验证了建立的模型及边界条件计算结果与工程实际互相吻合。基于该模型,对不同车速下三孔钢波纹板拱桥动力响应进行计算分析,结果表明:当车辆以一定的速度过桥时动力效应比较明显,且速度越快动力效应越大;拱桥的应力幅值并不是随着车速的增加而增大,临界速度为40km·h-1。

波纹钢屋盖结构板件相关屈曲的试验研究与分析

拱型波纹钢屋盖结构的受力机理异常复杂,波纹、加工制作过程中产生的变形和残余应力等初始缺陷在理论分析中很难精确定量描述。论文对波纹钢屋盖结构梯形截面板组进行了轴心和偏心压力作用下稳定承载能力的试验研究,并与理论结果进行了比较分析,试验与理论结果吻合较好。试验结果表明波纹板组具有较高的局部屈曲承载能力,但几乎无屈曲后承载能力,与平板板组屈曲特性相比有显著差异。

地震作用下多孔钢波纹板拱桥力学分析

为给多孔钢波纹板拱桥的抗震设计提供参考,结合泗洪至许昌高速公路上一座3孔跨径4m的钢波纹板拱桥工程实例,利用大型通用有限元软件ANSYS建立该桥的三维空间有限元实体模型,采用动态时程分析法,对桥梁在人工合成地震波、El Centro波、Taft波3种地震波作用下结构的位移和应力进行分析。结果表明:在同一地震时程激励下,虽然各拱圈空间位置不同,但位移和应力响应的时程曲线走向一致;同一拱圈中,拱弧线拱顶位移比四等分点处位移约小24.9%,应力约小75.2%;不同拱弧线横桥向中部位移比外侧位移约大7.3%,应力约大17.6%;同一位置处边跨拱圈比中跨拱圈位移约大2.5%,应力约大20%。该拱桥结构具有良好的整体抗震性能。

车辆荷载作用下钢波纹板拱桥应变分析

文章依托安徽泗洪至许昌高速公路淮北段钢波纹板拱桥工程实例,采用ANSYS软件建立该桥的等效实体模型,对钢波纹板拱桥在车辆荷载作用下的应变进行模拟计算,将计算结果与现场实测数据进行对比分析,验证了所建模型的有效性和可行性。在该模型基础上研究公路-Ⅰ级车辆动荷载下的应变变化规律。研究结果表明:在车辆荷载作用下,边跨各位置整体受到拉应变,且拱脚处的应变值稍大于其他位置;车速的改变并不改变钢波纹板拱桥各测点位置的应变规律,而钢波纹板拱桥各测点的应变值与车速大小成正比。