高填方大跨钢波纹管涵力学性能测试与分析

发布时间：2017-07-08 04:10

  本文关键词：高填方大跨钢波纹管涵力学性能测试与分析

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【摘要】：高填方大跨钢波纹管涵由于波纹形状的存在,截面惯性矩增大,从而提高了结构承载能力与稳定性。钢波纹管涵具有较好的基础变形适应能力,施工便捷、造价低等优点,在国内外被广泛应用。本文针对土-钢刚度差异以及土体沉降对波纹钢板(管)结构的受力机理及管顶竖向土压力的影响这一热点问题,开展现场试验测试及有限元分析,研究内容及成果如下:(1)对国内外现有的涵洞竖向土压力计算理论和规范进行综述分析,判断其适用范围,并精细化以往有限元模拟高填方大跨钢波纹管涵的建模方法,考虑了土体非线性特征,引入接触单元,能够考虑土与结构相互作用的影响。(2)研究了管涵直径、波形尺寸、回填土参数、结构刚柔性和多管效应对钢波纹管涵管顶竖向土压力分布及土拱效应的影响,结果表明:管涵直径变大导致管涵竖向土压力减小、土拱效应减弱;波形尺寸对管顶竖向土压力分布影响较大;回填土非线性特征直接影响土拱效应的是否产生,回填土弹性模量、泊松比、内摩擦角、粘聚力等参数的增大会导致管涵竖向变形减小,对管顶竖向土压力分布影响较小,弹性模量增大导致管顶等效土压力增大,其余回填土参数则相反;刚柔性系数(?)(?)小于1时,钢波纹管涵仍能表现出较为明显的刚性管特性,且管涵刚性越大,土拱效应出现越早且越明显;多管效应对管顶竖向土压力分布影响较大。(3)对比发现管涵力学性能及土压力分布规律现场测试与有限元结果基本吻合,精细化有限元分析模型精度满足工程要求。双孔2-φ5.5m钢波纹管涵,变形与径向土压力随着填土高度的增加而增大,径向土压力沿管周分布呈椭圆形,采用双孔管涵,结构受力与单管涵基本相同,最大径向土压力出现位置不同,位于管斜下方45°位置;将公路桥涵规范中土压力计算结果与有限元、测试结果进行对比,规范计算得到的最大土压力偏大,最小土压力偏小。(4)管内对拉钢索能有效减小管涵变形,增大管顶竖向土压力,对管涵应力影响很小,且在管水平方向直径最大处布置对拉钢索效果最明显;采用EPS板作为减荷措施效果明显,管顶竖向土压力仅为管顶土体自重的46.85%;混凝土地基与碎石地基对管涵受力影响很小,软土地基将导致管涵变形增大,应力减小,说明管涵能够很好地适应承载能力低,强度低的不良地基。
【关键词】：钢波纹管涵 力学性能 土拱效应 减荷措施 试验测试 有限元分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U449.83
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 选题背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-19
• 1.2.1 国内研究现状12-15
• 1.2.2 国外研究现状15-19
• 1.3 本文研究思路及主要内容19-21
• 1.3.1 研究思路19
• 1.3.2 研究内容19-21
• 第2章 管涵竖向土压力计算理论及规范算法21-32
• 2.1 概述21
• 2.2 竖向土压力计算方法21-28
• 2.2.1 土柱法22
• 2.2.2 卸荷拱法22
• 2.2.3 马斯顿散体极限平衡法22-23
• 2.2.4 顾安全公式23-24
• 2.2.5 压力集中系数法24
• 2.2.6 有限元数值模拟法24-25
• 2.2.7 国内外《规范》的荷载计算方法25-28
• 2.3 精细化有限元建模方法28-30
• 2.3.1 本构关系及材料参数28-29
• 2.3.2 几何模型的建立与边界条件29
• 2.3.3 土-钢MPC接触算法29-30
• 2.3.4 施工阶段模拟及荷载施加方法30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 管顶竖向土压力及土拱效应影响参数分析32-55
• 3.1 管涵直径32-37
• 3.2 波形尺寸37-40
• 3.3 回填土参数40-45
• 3.4 管涵刚柔性45-50
• 3.5 多管效应50-53
• 3.6 小结53-55
• 第4章 现场测试与有限元分析结果对比55-86
• 4.1 现场试验测试与分析55-63
• 4.1.1 测试涵洞概况55
• 4.1.2 测试内容55-58
• 4.1.3 测试结果分析58-63
• 4.2 有限元数值模拟63-71
• 4.2.1 有限元模型63-64
• 4.2.2 施工过程有限元分析结果64-71
• 4.3 结果对比及质量控制措施分析71-84
• 4.3.1 试验与有限元结果对比分析71-76
• 4.3.2 工程质量控制措施76-84
• 4.4 本章小结84-86
• 结论与展望86-89
• 参考文献89-93
• 致谢93-94
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录94

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本文编号：532965