波纹钢低拱涵静力性能研究

论文摘要

波纹钢板涵是一种受力性能良好的柔性结构,在国外已被广泛应用,但在国内应用较晚,还未形成相关生产标准和结构设计、施工规范。论文以波纹钢低拱涵为研究对象,采用有限元数值模拟方法对波纹钢板涵的受力性能进行研究,并根据国外相关研究成果进行了结构设计、施工及养护方法的总结。论文分析了波纹钢板涵的特点,构造以及应用范围。考虑结构—土的共同作用,运用有限元软件ANSYS建立了钢—土共结点的波纹钢低拱涵有限元模型,计算分析了波纹钢低拱涵在不同荷载作用下的力学特征,研究了填土高度、钢板厚度、土壤参数以及结构几何尺寸等因素对波纹钢低拱涵的受力性能的影响,对比分析了美国AISI和加拿大CHBDC两种结构设计方法。结果表明:①波纹钢低拱涵的应力从拱顶至拱腰逐渐增大,拱腰应力最大,拱脚应力最小,拱肩、拱腰、拱脚处截面波峰、波谷节点应力曲线近似波纹形状,波谷应力较大,波峰应力较小。②与混凝土低拱涵相比,波纹钢低拱涵周围土体受力较大,且周围土应力分布更均匀。③两侧填土过程中拱顶、拱肩处变形很大,挠度与最大等效应力随钢板厚度的增加呈对数关系减小,减小回填土与结构的相对刚度或者增大回填土密度,则挠度和最大等效应力都增大。④在填土高度与结构跨度之比一定时,结构的水平等代直径与竖直等代直径之比越小,土-结构的相互作用越明显。⑤AISI简单,但没有充分考虑钢-土的相互作用和几何尺寸对波纹钢板涵受力性能的影响,CHBDC方法综合考虑了各种设计控制因素,更能准确的计算结构压力和应力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 波纹钢板涵的特点
• 1.2 波纹钢板涵国内外发展状况
• 1.2.1 国外发展状况
• 1.2.2 国内发展状况
• 1.3 本文的研究工作
• 第二章 波纹钢板涵的构造与应用
• 2.1 波纹钢板涵的截面形式及波纹形式
• 2.1.1 波纹钢板涵的截面形式
• 2.1.2 波纹钢板涵的波纹形式
• 2.2 波纹钢板的连接
• 2.2.1 波纹钢管连接件的构造
• 2.2.2 波纹钢板的连接方式
• 2.3 波纹钢板涵的应用范围
• 2.4 本章小结
• 第三章 波纹钢低拱涵的受力性能
• 3.1 结构—土的相互作用机理
• 3.2 有限元模型的建立
• 3.3 恒载作用下波纹钢低拱涵的受力性能
• 3.3.1 波纹钢低拱涵位移数值计算
• 3.3.2 波纹钢低拱涵应力数值计算
• 3.3.3 波纹钢低拱涵随波纹变化的受力特征
• 3.4 活载作用下波纹钢低拱涵的受力性能
• 3.4.1 活载作用下波纹钢低拱涵位移数值计算
• 3.4.2 活载作用下波纹钢低拱涵应力数值计算
• 3.5 恒载与活载共同作用下波纹钢低拱涵的受力性能
• 3.5.1 活载作用于涵顶中部时波纹钢低拱涵的受力性能
• 3.5.2 活载作用于不同位置时波纹钢低拱涵的受力性能
• 3.6 波纹钢板低拱涵与平钢板低拱涵受力性能差异
• 3.6.1 波纹钢板与平钢板受力性能差异
• 3.6.2 波纹钢板低拱涵与平钢板低拱涵受力性能差异
• 3.7 波纹钢低拱涵与混凝土低拱涵受力性能差异
• 3.8 本章小结
• 第四章 波纹钢低拱涵受力性能影响因素及结构设计
• 4.1 波纹钢低拱涵受力性能影响因素
• 4.1.1 填土高度的影响
• 4.1.2 填土宽度的影响
• 4.1.3 波纹钢板厚度的影响
• 4.1.4 土壤参数的影响
• 4.1.5 结构几何尺寸的影响
• 4.2 波纹钢板涵结构设计
• 4.2.1 AISI
• 4.2.2 CHBDC
• 4.3 本章小结
• 第五章 纹钢板涵的施工及养护
• 5.1 波纹钢板涵的施工
• 5.1.1 波纹钢板涵的安装
• 5.1.2 波纹钢板涵的基础
• 5.1.3 波纹钢板涵的填土工艺
• 5.1.4 波纹钢板涵的压实
• 5.2 波纹钢板涵的养护
• 5.2.1 波纹钢板涵的防腐
• 5.2.2 波纹钢板涵的检测
• 5.2.3 波纹钢板涵的修复
• 5.3 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 致谢