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管径对钢波纹管变形的影响

目前,关于钢波纹管现场试验多是基于低填方和小管径条件下进行的,对于较高填方和较大管径的研究较少; 数值模拟则多是建立小尺寸( 单位长度) 有限元模型或二维模型,不能够完全反映出现场钢波纹管涵洞整体变形情况。在高速公路钢波纹管填土施工过程中,沿波纹管纵向常出现不同程度的变形情况,对控制填土速率、钢波纹管的内支撑等施工过程产生不良影响。因此,本文采用钢波纹管波纹的简化方法,通过构建能模拟施工全过程的数值计算模型,并结合现场试验研究,验证该简化方法的可行性,最后分析不同填土高度下不同管径钢波纹管的整体变形情况。

钢波纹管壁厚4 mm、填土高度16 m 时,管径分别为3、4、5 和6 m 时钢波纹管整体变形情况。图9 为钢波纹管壁厚4 mm、填土高度16 m 时,A-A 横断面和B-B 横断面的变形量与管径的关系曲线。

从图8 中可以看出: 钢波纹管竖向和水平向变形量均在管径为6 m 时达到最大值,且不同管径情况下变形最大值均位于管中位置,最大值分别为136. 1 和97. 3 mm。当填土高度一定时,钢波纹管各横断面变形量随着断面与管口距离增大先呈线性增大,管径越大,变化速率越大,最后趋近于水平变化,水平变化段起始位置大致位于路肩处。这主要是因为钢波纹管在路肩处断面至路堤中心处断面承受荷载最大以及整体变形的影响,导致钢波纹管最大变形量发生在路堤中心处断面,即A-A 断面。

从图9 中可以看出: 钢波纹管最大变形量发生在A-A 断面,管径为3、4、5 和6 m 时最大竖向变形量分别为46. 6、86. 0、113. 2 和136. 1 mm,最大水平向变形量分别为39. 4、60. 6、80. 3 和97. 3 mm,最大

水平向变形量分别为最大竖向变形量的84. 55%、70. 47%、70. 94 和71. 49%。因为钢波纹管涵受土体的约束作用,水平向变形量要小于竖直向变形量,在管径较大( ≥4 m) 时,最大水平向变形量约为最大竖向变形量的71%,不会随着管径的增大而产生明显的变化。对于B-B 断面,管径为3、4、5 和6m 时竖向变形量分别为44. 0、81. 2、106. 5 和124. 3mm,分别为最大竖向变形量( A-A 断面) 的94. 42%、94. 42%、94. 08%和91. 33%; 水平向变形量分别为37. 4、57. 3、76. 0 和90. 6 mm,分别为最大水平向变形量( A-A 断面) 的94. 92%、94. 55%、94. 65% 和93. 11%。不同管径下,B-B 断面竖向变形量和水平向变形量均约为A-A 断面的94%,A-A 断面与B-B断面填土高度一致,A-A 断面变形量较B-B 断面大是因其受整体变形的影响,表明在同一填土高度下,钢波纹管最大竖向变形量和最大水平向变形量受整体变形的影响而增大的部分为6%,不会随着管径的增大而产生明显的变化。


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