本文選擇某高速公路工程項目多孔鋼波紋管涵洞施工安裝，進行空間有限元模擬分析，探討施工中的控制要點。應(yīng)用的涵洞為2孔直徑6.5m的鋼波紋管，壁厚4.5mm，波距400mm，波高150mm，波峰和波谷半徑90mm，鋼材采用Q345。

二、建立計算模型

鋼波紋涵管簡化為板單元，涵洞周邊土體采用六面體8節(jié)點三維實體單元，土體以共用節(jié)點的形式與鋼波紋涵管連接。為了使計算更符合實際情況，考慮到波紋管周圍采用不同土體的實際施工，折扣波紋管周圍砂土材料的特性，結(jié)構(gòu)中的材料分別和計算模型如圖1所示。

三、計算結(jié)果

(1)恒載作用是涵洞頂部周圍的土為砂土?xí)r，在填土恒載作用下，分別取土彈性模量為20MPa、30MPa、40MPa和50MPa，土體重量為20kN/m3土體彈性模量取不同值時，波紋管變形發(fā)生變化的計算表明，隨著土體彈性模量的增加，拱頂?shù)淖畲笪灰瞥示�性減少傾向。恒載計算還表明，考慮到不良基礎(chǔ)，無論頂部填土作用如何，結(jié)構(gòu)都會產(chǎn)生較大的垂直剛體位移，管涵兩側(cè)的土體位移大于管涵部分位移，該部分位移由土體自重產(chǎn)生，符合施工階段的分層填充過程。

(2)活載作用考慮不同的土體，參考無視填土作用的道路橋涵洞通用設(shè)計規(guī)范(JTGD60-2004)中的車輛負(fù)荷(總重55t)模擬活載作用，按規(guī)范配置，將車輛后軸車輪作用于涵洞頂部，最大變形根據(jù)上述車輛負(fù)荷的作用，波紋管的最大位移出現(xiàn)在拱頂附近，為12.08mm。波紋管等效果力小，最大只有14.0MPa。根據(jù)圖3的計算，波紋管底部楔形區(qū)域變形較大，該區(qū)域土體應(yīng)力也較大，大部分由該區(qū)域傳遞，因此在施工中充分壓實該區(qū)域，使傳遞負(fù)荷更加順暢，減少變形。

四、結(jié)論

(1)填土壓實度在一定程度上反映彈性模量，即壓實度越大彈性模量越高，波紋管的變形隨填土彈性模量的增加而減少，施工時將填土分層壓實，達(dá)到高壓實度，減少變形。（2）在恒載作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的剛性位移，且波紋管兩側(cè)土體位移大于波紋管的位移；由于該部分位移主要是整體位移，又是施工階段的恒載產(chǎn)生的，表明施工恒載對鋼波紋管的影響很小。（3）考慮不良地基影響，在活載作用下，波紋管最大應(yīng)力僅為14MPa，最大豎向變形為12.08mm，可見波紋管的變形起主要控制作用。(4)底部楔形區(qū)土體應(yīng)力大，該區(qū)波紋管變形大，施工中應(yīng)加強該區(qū)填土施工控制。

鋼波紋管橋涵洞工程推廣應(yīng)用，不但能夠節(jié)約大量的建設(shè)資金，還能夠縮短工期，實現(xiàn)橋涵洞小型構(gòu)件設(shè)計和施工規(guī)范化、生產(chǎn)制造的機械化和工廠化，其意義和影響深遠(yuǎn)。因此，必須引起各級道路主管部門領(lǐng)導(dǎo)的充分重視，積極引進和開發(fā)鋼波紋管橋涵洞道路工程設(shè)計和施工的先進技術(shù)、材料和設(shè)備。本文對多孔鋼波紋管在施工中的應(yīng)用有限元分析也作為同類道路工程的實施參考。

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