公路波纹钢管涵横断面优化设计与工程应用分析
发布时间：2020-12-13 09:21
波纹钢管涵的截面抗弯刚度小,主要借助竖向土压力与水平土压力的共同作用来减小截面弯矩。波纹钢管涵横断面设计缺乏设计理论,不合理的横断面设计导致使用过程中易发生变形,因此使得波纹钢管涵的大量推广应用受限。结合现场波纹钢管涵进行实测,管涵变形以及截面弯矩最小时的横断面形状分析表明:最优受力状态下的波纹钢管涵的横断面与竖向及水平土压力有关;随着管涵顶部理论上覆土厚度的增加,中心水平直径减小;随着侧土压力系数的增大,中心水平直径增大。结合波纹钢管涵所受到的竖向与水平土压力情况,对其横断面形状进行了优化,基于最优受力状态得到了波纹钢管涵的横断面轴线计算公式。最后给出了波纹钢管涵实际应用建议以及设计流程。
【文章来源】：应用力学学报. 2020年03期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
波纹钢管结构失稳及变形过大对路面的影响Fig.1Collapseforcorrugatedsteelpipeculvertandinfluenceunderlargedeformation(a)(b)
1294应用力学学报第37卷2公路波纹钢管涵横断面优化设计分析2.1现场试验某公路涵洞采用圆形波纹钢管涵，管涵内径为1.5m，如图2(a)所示。波纹钢板的波距离l为75mm，板厚t为3.5mm，波高d约为25mm，波峰波谷半径为30mm。管顶设计的上覆土厚度为2.8m，填料为粉土与粉质黏土。为了观测现场填筑过程中管涵的变形，现场试验时对波纹钢管管涵的中部(即全长的二分之一处)断面的水平直径与竖向直径进行了测量。图2(b)为埋土过程中波纹钢管的直径实测结果，其中管涵顶部覆土厚度为负值时，表示填土未达到管涵顶部。从图2(b)中可以看出：在填土到管涵顶部之前，填土过程中，因侧部填土的侧土压力作用，导致波纹钢管的水平直径减小，竖向直径增大；而填土至管涵顶部后，图2(b)中管涵顶部覆土厚度大于0，继续上部填土时，管涵的水平直径增大，竖向直径减校从管涵直径变化趋势来看，在管涵顶部覆土厚度为2m时，管涵的竖向直径大于水平直径，且管涵直径变形并未完全稳定。由此可见，此时如直接在上部铺设路面，则在长期车辆荷载作用下路面易发生破损。此外，在上覆土厚度约为0.2m时，由于施工机械的作用，导致波纹钢管涵局部发生了凹陷，如图2(c)所示。(a)内径为1.5m的波纹钢管(b)波纹钢管涵变形实测结果(c)波纹钢管变形(corrugatedsteelpipewithinnerdiameterof1.5m)(measureddeformationforcorrugatedsteelpipe)(deformationforcorrugatedsteelpipefailure)图2波纹钢管涵现场试验Fig.2Fieldtestforcorrugatedsteelpipeculvert(a)圆形(b)管状曲拱形(circular)(curvedarchpipeshape)图3不同横断面形状的波纹钢管Fig.3Corrugatedsteelpipeswi
1294应用力学学报第37卷2公路波纹钢管涵横断面优化设计分析2.1现场试验某公路涵洞采用圆形波纹钢管涵，管涵内径为1.5m，如图2(a)所示。波纹钢板的波距离l为75mm，板厚t为3.5mm，波高d约为25mm，波峰波谷半径为30mm。管顶设计的上覆土厚度为2.8m，填料为粉土与粉质黏土。为了观测现场填筑过程中管涵的变形，现场试验时对波纹钢管管涵的中部(即全长的二分之一处)断面的水平直径与竖向直径进行了测量。图2(b)为埋土过程中波纹钢管的直径实测结果，其中管涵顶部覆土厚度为负值时，表示填土未达到管涵顶部。从图2(b)中可以看出：在填土到管涵顶部之前，填土过程中，因侧部填土的侧土压力作用，导致波纹钢管的水平直径减小，竖向直径增大；而填土至管涵顶部后，图2(b)中管涵顶部覆土厚度大于0，继续上部填土时，管涵的水平直径增大，竖向直径减校从管涵直径变化趋势来看，在管涵顶部覆土厚度为2m时，管涵的竖向直径大于水平直径，且管涵直径变形并未完全稳定。由此可见，此时如直接在上部铺设路面，则在长期车辆荷载作用下路面易发生破损。此外，在上覆土厚度约为0.2m时，由于施工机械的作用，导致波纹钢管涵局部发生了凹陷，如图2(c)所示。(a)内径为1.5m的波纹钢管(b)波纹钢管涵变形实测结果(c)波纹钢管变形(corrugatedsteelpipewithinnerdiameterof1.5m)(measureddeformationforcorrugatedsteelpipe)(deformationforcorrugatedsteelpipefailure)图2波纹钢管涵现场试验Fig.2Fieldtestforcorrugatedsteelpipeculvert(a)圆形(b)管状曲拱形(circular)(curvedarchpipeshape)图3不同横断面形状的波纹钢管Fig.3Corrugatedsteelpipeswi
【参考文献】：
期刊论文
[1]波纹钢管涵填埋技术分析[J]. 汪永奇. 山西建筑. 2019(17)
[2]波纹钢管涵上覆土不均匀沉降防治探讨[J]. 洪杰. 智能城市. 2019(10)
[3]波纹钢板拱桥横断面受力分析与优化设计[J]. 黄大维,罗文俊,李雪,徐金辉,连继峰,马晓川. 铁道学报. 2018(11)
[4]基于弯矩最小化的地铁盾构隧道横断面优化设计分析[J]. 黄大维,冯青松,刘开富,张鹏飞,唐柏赞,涂文博. 铁道学报. 2018(09)
[5]地表超载作用下盾构隧道劣化机理与特性[J]. 黄大维,周顺华,赖国泉,冯青松,刘林芽. 岩土工程学报. 2017(07)
[6]黄土地区高填土明洞土拱效应及土压力减载计算[J]. 李盛,王起才,马莉,李建新,李伟龙. 岩石力学与工程学报. 2014(05)
[7]软土地基上高填方刚性涵洞地基承载力分析[J]. 陈保国,骆瑞萍,徐颖. 岩土力学. 2013(02)
[8]钢波纹管涵洞受力与变形特性模拟试验研究[J]. 冯忠居,乌延玲,贾彦武,熊山铭,王彦志. 岩土工程学报. 2013(01)
[9]山区公路高填方涵洞的成拱效应及土压力计算理论研究[J]. 杨锡武,张永兴. 岩石力学与工程学报. 2005(21)
硕士论文
[1]波纹钢低拱涵静力性能研究[D]. 王彩君.长安大学 2008
本文编号：2914316
【文章来源】：应用力学学报. 2020年03期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
波纹钢管结构失稳及变形过大对路面的影响Fig.1Collapseforcorrugatedsteelpipeculvertandinfluenceunderlargedeformation(a)(b)
1294应用力学学报第37卷2公路波纹钢管涵横断面优化设计分析2.1现场试验某公路涵洞采用圆形波纹钢管涵，管涵内径为1.5m，如图2(a)所示。波纹钢板的波距离l为75mm，板厚t为3.5mm，波高d约为25mm，波峰波谷半径为30mm。管顶设计的上覆土厚度为2.8m，填料为粉土与粉质黏土。为了观测现场填筑过程中管涵的变形，现场试验时对波纹钢管管涵的中部(即全长的二分之一处)断面的水平直径与竖向直径进行了测量。图2(b)为埋土过程中波纹钢管的直径实测结果，其中管涵顶部覆土厚度为负值时，表示填土未达到管涵顶部。从图2(b)中可以看出：在填土到管涵顶部之前，填土过程中，因侧部填土的侧土压力作用，导致波纹钢管的水平直径减小，竖向直径增大；而填土至管涵顶部后，图2(b)中管涵顶部覆土厚度大于0，继续上部填土时，管涵的水平直径增大，竖向直径减校从管涵直径变化趋势来看，在管涵顶部覆土厚度为2m时，管涵的竖向直径大于水平直径，且管涵直径变形并未完全稳定。由此可见，此时如直接在上部铺设路面，则在长期车辆荷载作用下路面易发生破损。此外，在上覆土厚度约为0.2m时，由于施工机械的作用，导致波纹钢管涵局部发生了凹陷，如图2(c)所示。(a)内径为1.5m的波纹钢管(b)波纹钢管涵变形实测结果(c)波纹钢管变形(corrugatedsteelpipewithinnerdiameterof1.5m)(measureddeformationforcorrugatedsteelpipe)(deformationforcorrugatedsteelpipefailure)图2波纹钢管涵现场试验Fig.2Fieldtestforcorrugatedsteelpipeculvert(a)圆形(b)管状曲拱形(circular)(curvedarchpipeshape)图3不同横断面形状的波纹钢管Fig.3Corrugatedsteelpipeswi
1294应用力学学报第37卷2公路波纹钢管涵横断面优化设计分析2.1现场试验某公路涵洞采用圆形波纹钢管涵，管涵内径为1.5m，如图2(a)所示。波纹钢板的波距离l为75mm，板厚t为3.5mm，波高d约为25mm，波峰波谷半径为30mm。管顶设计的上覆土厚度为2.8m，填料为粉土与粉质黏土。为了观测现场填筑过程中管涵的变形，现场试验时对波纹钢管管涵的中部(即全长的二分之一处)断面的水平直径与竖向直径进行了测量。图2(b)为埋土过程中波纹钢管的直径实测结果，其中管涵顶部覆土厚度为负值时，表示填土未达到管涵顶部。从图2(b)中可以看出：在填土到管涵顶部之前，填土过程中，因侧部填土的侧土压力作用，导致波纹钢管的水平直径减小，竖向直径增大；而填土至管涵顶部后，图2(b)中管涵顶部覆土厚度大于0，继续上部填土时，管涵的水平直径增大，竖向直径减校从管涵直径变化趋势来看，在管涵顶部覆土厚度为2m时，管涵的竖向直径大于水平直径，且管涵直径变形并未完全稳定。由此可见，此时如直接在上部铺设路面，则在长期车辆荷载作用下路面易发生破损。此外，在上覆土厚度约为0.2m时，由于施工机械的作用，导致波纹钢管涵局部发生了凹陷，如图2(c)所示。(a)内径为1.5m的波纹钢管(b)波纹钢管涵变形实测结果(c)波纹钢管变形(corrugatedsteelpipewithinnerdiameterof1.5m)(measureddeformationforcorrugatedsteelpipe)(deformationforcorrugatedsteelpipefailure)图2波纹钢管涵现场试验Fig.2Fieldtestforcorrugatedsteelpipeculvert(a)圆形(b)管状曲拱形(circular)(curvedarchpipeshape)图3不同横断面形状的波纹钢管Fig.3Corrugatedsteelpipeswi
【参考文献】：
期刊论文
[1]波纹钢管涵填埋技术分析[J]. 汪永奇. 山西建筑. 2019(17)
[2]波纹钢管涵上覆土不均匀沉降防治探讨[J]. 洪杰. 智能城市. 2019(10)
[3]波纹钢板拱桥横断面受力分析与优化设计[J]. 黄大维,罗文俊,李雪,徐金辉,连继峰,马晓川. 铁道学报. 2018(11)
[4]基于弯矩最小化的地铁盾构隧道横断面优化设计分析[J]. 黄大维,冯青松,刘开富,张鹏飞,唐柏赞,涂文博. 铁道学报. 2018(09)
[5]地表超载作用下盾构隧道劣化机理与特性[J]. 黄大维,周顺华,赖国泉,冯青松,刘林芽. 岩土工程学报. 2017(07)
[6]黄土地区高填土明洞土拱效应及土压力减载计算[J]. 李盛,王起才,马莉,李建新,李伟龙. 岩石力学与工程学报. 2014(05)
[7]软土地基上高填方刚性涵洞地基承载力分析[J]. 陈保国,骆瑞萍,徐颖. 岩土力学. 2013(02)
[8]钢波纹管涵洞受力与变形特性模拟试验研究[J]. 冯忠居,乌延玲,贾彦武,熊山铭,王彦志. 岩土工程学报. 2013(01)
[9]山区公路高填方涵洞的成拱效应及土压力计算理论研究[J]. 杨锡武,张永兴. 岩石力学与工程学报. 2005(21)
硕士论文
[1]波纹钢低拱涵静力性能研究[D]. 王彩君.长安大学 2008
本文编号：2914316
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