高填方钢波纹管涵洞的成拱效应及结构内力计算方法研究

摘要

本文通过调研和收集国内外相关信息资料，在现有研究成果的基础上，采用室内理论模拟分析计算与现场试验相结合，对高填土钢波纹管涵洞的成拱效应进行研究，并根据钢波纹管涵洞的拱效应特点和受力情况，推导求解钢波纹管涵结构内力计算方法。其主要研究内容如下:
　　1、结合国内外关于土拱效应的现有研究成果，对于公路工程中的波纹钢管涵洞，从理论方面分析高填方土拱效应的形成机理、成拱特点以及形成条件，并分析钢波纹管参数对土拱效应的影响。
　　2、通过对单孔5米的钢波纹管涵洞进行室外现场试验，分析其在不同填土高度下的力学性能，得到钢波纹管管顶土压力的变化规律;利用室内有限元模拟计算，在不同填土高度下，对钢波纹管涵洞的管顶和管外竖向应力变化进行研究，并分析对比野外测试结果，进一步验证土拱效应。
　　3、通过对波纹管涵洞的受力形式的分析，对比国内外关于钢波纹管涵洞设计计算方法，讨论其之间的差异性并分析产生差异的原因。在国内钢波纹管涵洞研究的基础上，结合本国实际情况，基于薄壳理论推导适合于自身钢波纹管涵结构内力计算的摄动解方法，并将其与室内有限元计算和野外测试结果进行对比分析。
　　本文研究成果一方面有助于国内钢波纹管涵洞土拱效应的研究，解决了公路工程中应用钢波纹管涵洞所产生的技术难题;另一方面填补了国内关于薄壳钢波纹管涵洞结构内力计算摄动解的空白，为以后钢波纹管涵洞的研究和发展提供了一定的理论支撑，具有非常重要的理论意义和实际应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 研究目的与意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 主要研究内容和方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

第二章 高填方钢波纹管涵洞成拱效应

2．1 土拱效应的表现与形成

2．1．1 土拱的提出与发展

2．1．2 土拱的形成条件

2．2 土拱的形成机理

2．3 钢波纹管涵洞的土拱效应

2．4 高填方钢波纹管涵洞的管顶土压力计算方法

2．4．1 不考虑土拱效应的管顶土压力计算方法——土柱法

2．4．2 各种考虑土拱效应的管顶土压力计算方法分析

2．5 高填方钢波纹管涵洞土压力现场试验

2．5．1 工程概况

2．5．2 试验目的与内容

2．5．3 实验方案

2．5．4 测试结果分析

2．6 室内有限元模拟分析

2．6．1 模拟实验内容和方法

2．6．2 有限元理论

2．6．3 有限元建模

2．6．4 模拟成果分析

2．7 本章小结

第三章 基于薄壳理论钢波纹管涵洞的基本方程

3．1 结构设计方法比较

3．1．1 国内方法

3．1．2 美国钢铁协会设计方法

3．1．3 加拿大公路桥梁规范

3．1．4 各种设计方法的比较与讨论

3．2 基于薄壳理论钢波纹管涵洞的基本方程

3．2．1 薄壳理论及基本假设

3．2．2 圆环壳基本方程

3．2．3 圆环板基本方程

3．3 与以往研究的不同

第四章 摄动法求解

4．1 圆环板部分

4．2 圆环壳部分

4．2．1 内环壳内力和位移

4．2．2 外环壳内力和位移

4．3 连接条件及边界条件

4．3．1 圆环板和圆环壳的连接条件

4．3．2 圆环板的边界条件

第五章 钢波纹管涵结构受力摄动解

5．1 算例简况

5．2 荷载分析

5．2．1 恒载

5．2．2 活载

5．2．3 总荷载

5．3 求解摄动解各级解中的待定系数

5．3．1 环板

5．3．2 环壳

5．3．3 连接条件及边界条件

5．4 结果对比分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果