埋置式钢波纹管设计方法的比较及分析-论文.pdf

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1、第36卷第5期武汉工程大学学报Vo1．36NO．52014年5月J．WuhanInst．Tech．Mav2014文章编号：1674—2869(2014)05—0015—05埋置式钢波纹管设计方法的比较及分析李元松，李洋，段鑫，余顺新，卢傲1．武汉工程大学资源与土木工程学院，湖北武汉430074；2．中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430056摘要：埋置式钢波纹管因其具有施工方便、环保等优点，在国外被广泛地应用于水利治理、隧道、小跨径桥涵等工程中，但在国内无成熟经验与相应的设计规范，分析研究美国和加拿大规范对我国相应工程的设计与规范的制订具有重要意义．首先介绍了

2、美加规范关于埋置式钢波纹管的设计原理、计算方法以及参数取值．在此基础之上，运用控制变量法对钢波纹管最小覆土厚度和管壁强度验算进行实例对比．算例表明：最小覆土厚度计算时，加拿大规范除考虑管一土相互作用和土拱效应之外，还考虑了波纹管的管形效应，计算值平均比美国规范计算值大34．O5；管壁验算时美国规范没有考虑土拱效应和波纹管两侧填土重量，管壁抗力比加拿大规范计算值平均大5O以上；美国规范中关于施工验算的要求是加拿大规范的有益补充．关键词：埋置式；钢波纹管；涵洞；设计方法；对比中图分类号：U449．1文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1674—2869．201

3、4．05．004BridgeDesignCode)规定钢波纹管的最小覆土厚0引言度H。计算公式如下：规范是工程设计的灵魂，系统研究掌握国外H⋯一max(。．s，[]0．5，o．4[])标准规范，是企业跨出国门走向海外市场的基础其中，D为波纹管内部空间高度，D为波纹和增强国际竞争力的关键；同时修订与完善国内管内宽度．若选用深波纹的波纹管，即波距×波高现行规范，必须借鉴与吸收国际标准的先进经大于或者等于300mm×110mm的波纹管，则最验]．埋置式金属波纹管是一种柔性结构，受力情小覆土厚度应取1．5In和同尺寸浅波纹管的最小况合理，荷载分布均匀，具有一定的抗震能力，能覆土厚

4、度之中的较小值．适应较大的沉降与变形；金属波纹管采用标准化1．2结构验算设计、现场安装土建与型材可分开实施，工期短，加拿大规范的结构验算包括压力计算、管壁环保意义深远，工后营运、养护成本低；被广泛应验算和连接强度验算．用于水利治理、隧道、小跨径桥梁等许多方面．我1．2．1压力计算由活载和恒载产生的管壁国近年大量建设高速公路，埋置式波纹管具有广压力：阔的应用前景[2]．Tf1—12DTD+aLTL(1+DLA)目前埋置式波纹管设计国内并没有相关规其中，To为恒载产生的压力，T为活载产生的压范，笔者比较美加规范的目的是为我国的规范制力，DLA为冲击系数，a。为恒载分项系数，a

5、为活定和工程设计积累经验．载分项系数．1加拿大CHBDC设计方法考虑地震作用的总压力T应按下式计算：Tf2一aD丁n+TE加拿大规范采用极限状态设计理论，包括最其中，T为地震作用对管壁产生的压力．小覆土厚度计算和结构验算．(1)恒载产生的压力1．1最小覆土厚度计算恒载产生的压力T。一0．5(1．0—0．1C)最小覆土厚度(H)即从波纹顶部到路面刚Arw．其中，A为土拱系数，可由图1查得；C。为性材料底部的覆土厚度所需要的最小值．轴向刚度系数；W为管涵范围上方的土体质量与加拿大规范CHBDC[3](CanadianHighway路面质量之和，见图1．收稿日期：2014—02

6、—24作者简介：李元松(1964～)，男，湖北应城人，教授，博士．研究方向：岩土工程武汉工程大学学报第36卷2．5分为施工阶段和使用阶段分别验算．：：⋯．I●1)施工阶段的管壁抗弯压强度．在对结构物2．0-、．：：、：：__进行施工时，要考虑压力和弯距的组合验算塑性＼：：＼⋯。^L；’_’～1．5：＼}铰的发生．由恒载和施工荷载产生的弯矩和轴力、‘～J的组合效应不应超过施工各阶段截面的塑性矩．1．0I组合弯矩和轴力验算：■___14"■譬■阑0．5[卜lMl≤’O：I：’其中，P为施工活载产生的额外压力；P。为波纹管截面可承担的极限压力；M为波纹管的弯H}Dh图1土拱系数

7、矩；MPt为波纹管涵修正后的塑性矩；II为Fig．1FactorusedtocalculatethethrustduetoM{／M的绝对值．deadloadinaconduitwall2)使用阶段的管壁抗弯压强度．竣工后的波(2)活载产生的压力纹管承载能力极限状态下的受弯压组合效应不活载笨产生的压力T一rain(0．5Dhmf，应超过截面的塑性矩抗力，力矩和轴向压力组合0．5zmr)．T需分别计算多车道下的最大值，验算：其中，￡为车辆荷载最不利布置下的轴距(包括轮[甜+。胎接触面积)再加上2H，H为波纹管实际埋深；其中，Mf为