季冻区钢波纹管涵洞温度场分布与力学性能研究

发布时间：2017-11-07 22:36

  本文关键词：季冻区钢波纹管涵洞温度场分布与力学性能研究

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【摘要】：涵洞是公路工程中重要的结构组成部分,钢波纹管具有优良的变形性能,能够满足因地基不均匀变形对涵洞结构应力的特殊需要。在季节性冻土地区,使用钢波纹管涵洞利于涵洞结构的安全稳定。故本文以鹤大高速K694+633处钢波纹管涵洞为依托工程,采用现场试验和ANSYS有限元软件研究季冻区钢波纹管涵洞及周围土体的温度场分布,同时对管体自身的力学性能与变形特征进行研究,从而为设计和施工提供参考资料,主要研究内容及成果如下:(1)对吉林省东南部鹤大高速K694+633处的钢波纹管涵洞进行温度与应变现场试验,温度监测结果表明管顶的土体温度低于管侧与管底的土体温度,随着气温的逐渐降低,管顶土层将优先进入不稳定冻结阶段;应变监测结果表明波峰与波谷的切向应变在相同管周角度处表现为拉压大致相互交替,波峰、波谷与波侧处的最大切向拉压应变出现于不同管周角度位置处。(2)以现场工程为仿真对象,采用ANSYS有限元软件建立数值分析模型,以焓法为控制方程且基于附面层理论施加模型热分析的边界条件,对涵洞周围土体的非稳态温度场进行研究,研究结果表明不同冻融阶段的时间分布规律,随气温的变化,浅层土体的温度随时间的变化曲线呈现正余弦函数变化规律,深层土体温度受到气温变化的影响较小,土体中温度的传递具有滞后性,涵洞中心底面下土体的地温年变化深度约为4m,最大冻结深度约为1.2m,年平均地温约10℃左右,并且涵洞的修建增加了周围路堤的地温年变化深度。(3)运用ANSYS有限元软件建立结构分析数值模型,基于涵洞施工中应用的反开槽回填法,对应施加模型边界条件,研究钢波纹管在温度荷载、土体重力、汽车荷载以及土颗粒流失作用下的力学性能与变形特征,研究结果表明从当年11月至翌年2月,管底土体的竖向与轴向冻胀量随时间的推移逐渐增大,管中心土体的竖向冻胀量小于管口土体的竖向冻胀量;随管身位置与管周角度的不同,波峰、波谷与波侧处的等效应力及位移分布均不相同;汽车驶向涵管的过程中,管体不同位置与管周不同角度的应变值随汽车后轴与管轴线的距离的不同而不同;涵管周围土体局部掏空会对整个管体的力学性能和变形带来巨大影响,危及涵洞工程的结构安全。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U449.831

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本文编号：1154431