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。

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。

波纹钢板套衬解决隧道衬砌掉落病害的效果分析

为解决衬砌起层剥落病害问题,提出使用波纹钢板套衬的衬砌加固方法,即使用化学锚栓将波纹钢板与衬砌混凝土连接,并在中间添加填充材料。考虑衬砌混凝土掉落时波纹钢板单独作用,波纹钢板与化学锚栓共同作用,波纹钢板、化学锚栓和填充层共同作用3种不同工况,针对3种工况建立相应的有限元数值分析模型,并对加固效果进行计算和分析。计算结果表明:波纹钢板单独作用时结构处于最不利情况,此时波纹钢板顶部挠度为110.2 mm,应力为136.8 MPa,满足变形和受力要求;当考虑化学锚栓和填充层的作用时,结构响应最小。

波纹钢-混凝土组合结构在桥梁加固改造中的应用研究

以某四跨简支板桥实际工程的加固改造方案为依托,对加固桥梁进行合理简化,建立了有限元分析模型。经过计算得到桥梁在加固后各关键截面的变形、内力和应力,将加固后桥梁在荷载作用下的反应与现行规范进行对比分析。结果表明:加固桥梁的最大挠度为规范限值的3.18%,混凝土拱最大压应力为规范限值的7.61%,最大拉应力为规范限值的42.45%,钢材的最大应力为规范限值的18.77%;加固后,在车辆荷载作用下旧桥的最大弯矩降低81.19%,最大剪力降低60.99%。因此,将波纹钢-混凝土组合结构用于旧桥加固改造中,施工简便,能够有效提高桥梁的刚度和承载能力。

高山地区斜坡地形下波纹钢管明挖隧道力学特性研究

为明确波纹钢管明挖隧道在高山地区斜坡地形下的适应性及其在该工况下的受力特性,以2022年冬奥会延庆赛区高山滑雪中心J8线波纹钢管明挖隧道工程为依托,采用现场监测和有限元数值模拟相结合的方法,对隧道施工回填过程结构变形和应力状态进行研究。结果表明:1)斜坡的存在使结构处于明显的偏压状态,最大变形出现在北拱肩位置,为-1.00%(内凹),小于±2%,满足规范变形要求;2)施工结束时最大应力值为-320.16 MPa,出现在断面1北起拱线测点波谷位置,小于Q345钢材屈服强度;3)波纹钢板截面应力可分解为弯矩引起的弯曲应力和轴力引起的轴向力应力,其中弯曲应力分布受上覆土斜坡影响程度较大,隧道整体应力分布特点主要受弯曲应力控制;4)当拱顶以上覆土不存在斜坡时,结构变形及应力分布均呈现南北对称状态,本次监测所设置的5个测点处于关键点位,而斜坡的存在使波纹钢管隧道变形及受力更为复杂,后续类似结构监测时可适当增加点位以全面反映隧道施工回填过程变形及受力特性。

圆管形波纹钢结构涵洞变形指标分析

鉴于波纹钢的柔性特点,该结构涵洞实施中应实时检测调整波纹结构断面变形,然而国内外各标准规范对波纹钢结构断面变形指标的技术要求不尽相同。为获取波纹钢变形控制研究方法、合理给定指标,采用ABAQUS有限元软件,通过控制波形与管径、覆土厚度等变量进行受力变形数值仿真分析。得出结论如下:相同波形相同孔径,壁厚增加,抗变形能力增强;相同波形相同壁厚,管径增大,抗变形能力减弱;区别于现有的模拟数据趋势,当水平变形和竖向变形与椭圆度的单调线性趋势改变时,呈现椭圆度增大、竖向椭圆态增加、最大等效应力不减反增的规律,同时,相当安全系数的范围缩小;当安装误差控制在(±1%D)以内,在荷载作用下,回填后波纹钢管体更趋近圆形,有利于荷载均布,形成土拱效应。

采用正交试验法的波纹钢箱形结构截面尺寸敏感性分析

波纹钢箱形结构在荷载作用下的内力以弯矩为主,不符合传统管拱形波纹钢桥涵所依据的环向压力理论,需要考虑弯矩影响。目前该类截面尺寸参数对结构的响应影响水平研究不够深入,截面尺寸参数拟定往往依据经验确定。依据跨径为6.74 m的波纹钢箱形模型试验的结构尺寸参数建立数值模型,采用正交试验法,以结构的弯矩和变形为试验指标,进行跨度、矢高、拱肩半径、起拱高度和截面刚度关于试验指标的敏感性分析。研究表明,跨度和起拱高度对结构的弯矩和变形影响最为明显,截面刚度次之,矢高和拱肩半径对结构影响最小。

公路建设钢波纹管涵设计与施工关键技术分析

钢波纹管涵洞通过管体与周围的回填土形成管土效应,互相作用、一起受力,目前被广泛的应用于公路桥涵工程中。在分析钢波纹管涵国内外研究现状的基础上,通过分析其平面有限元计算模型和空间有限元计算模型,得到结构设计原理的一般特点;同时,与钢波纹管涵的施工过程结合,分析在建造过程中的关键技术。最后给出钢波纹管涵的应用建议,为后续公路建设提供一定参考。

大跨径覆土管拱形波纹钢板桥涵加强效果分析

相比于传统的钢筋混凝土和圬工涵洞工程,波纹钢管涵结构具有优良的施工和使用性能。随着覆土波纹钢管涵的发展,其跨径也越来越大,但境内对跨径10m以上的大跨径波纹钢管涵结构的研究目前还未开展。依托一座跨径15.3m的覆土管拱形波纹钢板桥涵实际工程,提出两种对大跨径覆土波纹钢管涵的加强方案,并使用通用有限元分析软件ABAQUS对未加强和加强的工况分别建立模型进行数值模拟,分析了各工况下波纹钢管涵的应力和变形情况。结果表明,当在大跨径桥涵工程中采用深波纹、大壁厚的波纹钢管涵时,在结构下部采用细石混凝土进行加强能够大幅改善结构的受力性能,加强后的大跨径覆土波纹钢管涵的变形和应力均能较好地满足设计使用要求。

采用正交试验法进行波纹钢箱涵应力和变形对加劲肋参数的敏感性分析

当覆土波纹钢箱涵承载能力不能满足要求时,需要采取加强措施,最常用的加强措施为倒扣加劲肋,但对于加劲肋布置参数对波纹钢箱涵加强效果影响的研究不够深入。参考跨径为14 m的箱涵结构参数建立有限元模型,引入正交试验法,以波纹钢箱涵的应力和变形作为试验指标,进行试验指标对加劲肋位置、加劲肋波纹数、加劲肋波纹间距和加劲肋内部混凝土强度等参数影响的敏感性分析。结果表明,加劲肋位置和混凝土强度对加强效果的影响最为明显,加劲肋波纹间距次之,加劲肋波纹数的影响最小。采取加劲肋可以降低拱顶部位的轴力和拱肩部位的弯矩。

大跨径波纹钢圆管涵施工过程稳定性分析

文章以张承高速公路张家口段6m波纹钢圆管涵为依托工程,建立了波纹钢圆管涵有限元模型,分析了施工过程中结构的稳定性,并讨论了采用拉筋对管涵施工过程中的屈曲荷载及其变形的控制效果。结果表明:由于拉筋对圆管涵的拉力作用,减轻了其自重情况下的下挠,减小了初始变形,有利于保持管涵设计形状;随着填土高度的增加,圆管涵的屈曲荷载逐渐降低,相应的变形增加,结构的稳定性随之降低,填土到管顶附近时其稳定性最差,填土超过管顶后,土体与结构相互作用形成了土拱,屈曲荷载随填土高度的增加而增加;回填过程中加拉筋的圆管涵的屈曲荷载及其相应的变形始终小于无拉筋圆管涵,说明增加拉筋可以减小结构的变形,增加结构的稳定性。

大直径钢波纹管涵受力性能现场测试分析

本文分别选择直径为5m和6m的2座波纹钢圆管涵,对回填土过程中管涵关键截面的位移、应力和土压力的变化进行了现场测试及分析。最后得出结论,当填土至管顶附近时结构的竖向变形最大;填土初期阶段,施工过程对管的力学性能影响较大,测点应力值波动较大;由于土拱效应的存在,当填土达到管顶时,管顶处土压力大于土柱法计算的土压力;当管顶填土达到一定高度时,管顶处土压力小于土柱法计算的土压力;由于内外土柱沉降量不同,填土初期管顶土压力大于两侧土压力,随着填土高度的增加,管顶土压力逐渐小于两侧土压力。