山区公路大管径钢波纹管涵洞受力特征分析与工程应用

发布时间：2017-04-23 01:08

  本文关键词：山区公路大管径钢波纹管涵洞受力特征分析与工程应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传统涵洞一般是由石材、混凝土或混凝土与钢筋结合而成,在工程建设过程中,由于石材承载力和耐久性不足、混凝土收缩与徐变、钢材腐蚀等问题一直存加之不同涵洞类型存在各自缺点和适用条件,导致在施工过程和后期运营方面带来一系列不必要的问题。面对这些实际工程问题,迫切需要一种施工工期短、造价低、便于养护与维修、能够适应复杂水文地质的新型涵洞形式出现。在此背景下,对波纹管涵这种新的结构形式的研究就显得尤为重要了。本文从国内外研究与应用情况出发,结合重庆13道新修钢波纹管涵洞,以大型有限元软件ANSYS为基础,分析钢波纹管涵洞受力与变形在不同影响因素下的变化特性,得出下述主要结论:(1)本文对国内外流行的四种荷载计算方法进行详细的表格对比分析得出:在设计阶段、施工阶段利用CHBDC法计算恒载更接近实际情况;在验算管壁压力当回填材料高度小于2m时,要选AISI法,当回填材料高度大于2m时,要选CHBDC法。计算活载时应该选择各自国家的规范计算,实用性更强。通过工程实例提出压实度对弹性模量影响很大,压实度为96%的弹性模量是85%的1.66倍。(2)介绍Q235钢材优点与致命缺点,并对防腐措施进行了探讨,在项目建设中用韧性陶瓷膜做第二道防腐措施时,理论使用年数最高可达100年;针对薄壳理论的基本假设,分析了波纹管涵能够运用此理论的条件。得出数值法适用波纹管涵洞分析。(3)本文分析了填土高度对波纹管内外壁波峰、波谷受力与变形的规律,得出在大于7m时填土高度占主导位置并得出对应关系式。对于7个特征位置受力与变形规律进行分析,波顶受力最大,右90度受力最小。对于波纹管涵洞来说波峰所有特征位置的等效应力增长速率大于波谷,其中波顶增长速率最快。柔性材料的回填厚度应该是填土高度的0.25~0.4倍,其中0.4倍最符合土拱效应。(4)将主要结论运用到设计与施工中,总结出适用国情的恒载和活载计算方法并进行荷载组合。对回填材料与压实度关键因素进行单独分析,回填材料的最大颗粒应该控制在50mm以内,分层厚度在150mm~250mm范围内。当波纹管上方回填材料高度小于50cm,不可以在其上行走或者利用8t的压路机以及相关荷载;当回填材料高度大于50cm时,可以先采用小型振动机进行压实作业。
【关键词】：涵洞工程 钢波纹管 大管径 模型分析 受力特性
【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】：U449.83
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 选题背景和研究意义9-10
• 1.2 国内研究现状10-14
• 1.3 国外研究现状14-17
• 1.4 国内外应用情况17-18
• 1.5 本文研究内容及技术路线18-20
• 1.5.1 研究内容18-19
• 1.5.2 技术路线19-20
• 第二章 山区公路波纹管涵的作用计算方法20-35
• 2.1 概述20
• 2.2 国内外作用流行计算方式20-30
• 2.2.1 加拿大公路桥梁设计规范20-24
• 2.2.2 美国钢铁协会设计规范24-26
• 2.2.3 国内公路桥涵设计通用规范26-29
• 2.2.4 国内铁路桥涵设计基本规范29-30
• 2.3 规范方法对比30-32
• 2.4 压实度对弹性模量的影响32-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第三章 钢波纹管材料力学性能分析35-42
• 3.1 钢波纹管力学性能35-36
• 3.2 钢波纹管防腐措施36-37
• 3.3 力学性能分析理论与方程37-40
• 3.3.1 薄壳理论37-39
• 3.3.2 壳体的平衡方程39-40
• 3.4 力学性能分析方法40
• 3.5 波形参数对受力影响40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 山区公路波纹管涵的受力与变形有限元分析42-88
• 4.1 有限元软件选用及硬件需求42
• 4.2 模型建立及分析过程42-50
• 4.2.1 工程概况42-44
• 4.2.2 定义单元类型44
• 4.2.3 确定本构模型44-49
• 4.2.4 实常数49
• 4.2.5 材料属性49
• 4.2.6 几何模型49
• 4.2.7 网格划分49
• 4.2.8 施加荷载49-50
• 4.3 计算结果与分析50-87
• 4.3.1 填土高度对钢波纹管受力与变形影响分析50-59
• 4.3.2 波距对钢波纹管受力与变形影响分析59-62
• 4.3.3 波高对钢波纹管受力与变形影响分析62-67
• 4.3.4 壁厚对钢波纹管受力与变形影响分析67-68
• 4.3.5 管径对钢波纹管受力与变形影响分析68-72
• 4.3.6 填土高度、波距、波高、壁厚、管径之间关系分析72
• 4.3.7 材料性质对钢波纹管受力与变形影响分析72-76
• 4.3.8 不同位置回填材料对钢波纹管受力与变形影响分析76-83
• 4.3.9 不同厚度的回填材料对钢波纹管受力与变形影响分析83-87
• 4.4 本章小结87-88
• 第五章 山区公路波纹管涵的设计与工程应用88-93
• 5.1 波形优化设计88-89
• 5.2 施工技术设计89-91
• 5.2.1 回填材料90-91
• 5.2.2 压实度91
• 5.3 工程应用91-92
• 5.4 本章小结92-93
• 第六章 结论与建议93-96
• 6.1 主要结论93-94
• 6.2 建议94-96
• 致谢96-97
• 参考文献97-100
• 攻读学位期间发表的论文及参加的科研项目100

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