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管徑對鋼波紋管變形的影響

目前,關于鋼波紋管現場試驗多是基于低填方和小管徑條件下進行的,對于較高填方和較大管徑的研究較少; 數值模擬則多是建立小尺寸( 單位長度) 有限元模型或二維模型,不能夠完全反映出現場鋼波紋管涵洞整體變形情況。在高速公路鋼波紋管填土施工過程中,沿波紋管縱向常出現不同程度的變形情況,對控制填土速率、鋼波紋管的內支撐等施工過程產生不良影響。因此,本文采用鋼波紋管波紋的簡化方法,通過構建能模擬施工全過程的數值計算模型,并結合現場試驗研究,驗證該簡化方法的可行性,最后分析不同填土高度下不同管徑鋼波紋管的整體變形情況。

鋼波紋管壁厚4 mm、填土高度16 m 時,管徑分別為3、4、5 和6 m 時鋼波紋管整體變形情況。圖9 為鋼波紋管壁厚4 mm、填土高度16 m 時,A-A 橫斷面和B-B 橫斷面的變形量與管徑的關系曲線。

從圖8 中可以看出: 鋼波紋管豎向和水平向變形量均在管徑為6 m 時達到最大值,且不同管徑情況下變形最大值均位于管中位置,最大值分別為136. 1 和97. 3 mm。當填土高度一定時,鋼波紋管各橫斷面變形量隨著斷面與管口距離增大先呈線性增大,管徑越大,變化速率越大,最后趨近于水平變化,水平變化段起始位置大致位于路肩處。這主要是因為鋼波紋管在路肩處斷面至路堤中心處斷面承受荷載最大以及整體變形的影響,導致鋼波紋管最大變形量發生在路堤中心處斷面,即A-A 斷面。

從圖9 中可以看出: 鋼波紋管最大變形量發生在A-A 斷面,管徑為3、4、5 和6 m 時最大豎向變形量分別為46. 6、86. 0、113. 2 和136. 1 mm,最大水平向變形量分別為39. 4、60. 6、80. 3 和97. 3 mm,最大

水平向變形量分別為最大豎向變形量的84. 55%、70. 47%、70. 94 和71. 49%。因為鋼波紋管涵受土體的約束作用,水平向變形量要小于豎直向變形量,在管徑較大( ≥4 m) 時,最大水平向變形量約為最大豎向變形量的71%,不會隨著管徑的增大而產生明顯的變化。對于B-B 斷面,管徑為3、4、5 和6m 時豎向變形量分別為44. 0、81. 2、106. 5 和124. 3mm,分別為最大豎向變形量( A-A 斷面) 的94. 42%、94. 42%、94. 08%和91. 33%; 水平向變形量分別為37. 4、57. 3、76. 0 和90. 6 mm,分別為最大水平向變形量( A-A 斷面) 的94. 92%、94. 55%、94. 65% 和93. 11%。不同管徑下,B-B 斷面豎向變形量和水平向變形量均約為A-A 斷面的94%,A-A 斷面與B-B斷面填土高度一致,A-A 斷面變形量較B-B 斷面大是因其受整體變形的影響,表明在同一填土高度下,鋼波紋管最大豎向變形量和最大水平向變形量受整體變形的影響而增大的部分為6%,不會隨著管徑的增大而產生明顯的變化。


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