考虑结构刚柔性的埋置式波纹钢管涵力学性能研究

摘要

埋置式波纹钢板桥涵是一种力学性能优良的结构，在国外已广泛应用于道路和水利工程中。近年来，该类结构在我国公路工程的应用发展迅猛，但研究工作还不够深入，其设计主要参考国外规范，因此该类结构力学性能的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
　　 论文以覆土波纹钢板管涵为研究对象，考虑土体的非线性特性，以接触单元来模拟土与结构的相互作用，运用ANSYS程序对结构的刚柔性及其力学性能特点进行了系统研究。论文在土与结构相互作用整体模型中选取不同的作用路径，分析了土体弹性模量、土体泊松比、土体内摩擦角、波纹钢板截面惯性矩以及管涵直径等因素对结构变形特点的影响，并给出了波纹钢板管涵刚柔性的区分公式；分析了土体和结构等参数对埋置波纹钢板管涵结构所受土压力的影响，并提出了柔性管的土压力修正公式。基于某覆土较深的实际工程，建立了有限元模型，对比分析了在管涵上方埋设柔性填料层前后的减荷效果，结果表明埋设柔性填料后，管涵上方所受土压力减小40％左右，并给出了埋置式波纹钢板管涵结构的建议减荷措施。最后，将考虑波纹钢板管涵与土体的变形协调的结构的内力计算公式用有限元方法进行了对比验证，并对不同刚柔性结构的内力进行了对比和分析，为覆土波纹钢管涵的设计提出了合理建议。