波紋鋼管涵應(yīng)用-李祝龍

1、波紋鋼涵應(yīng)用研究 李祝龍 博士2010-8-7.烏魯木齊 報告內(nèi)容概述應(yīng)用情況國內(nèi)外研究現(xiàn)狀關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用趨勢2010-08-07.烏魯木齊概述問題:什么是波紋鋼涵？有哪些類型？為什么采用波紋鋼結(jié)構(gòu)？優(yōu)點有哪些？適用性如何？2010-08-07.烏魯木齊概述什么是波紋鋼涵？定義：涵洞采用鋼板或鋼帶制波紋狀。三個要素涵洞，能不能作為通道？YES鋼板或鋼帶波紋狀一個動作制成：軋制、卷制2010-08-07.烏魯木齊背景有哪些類型？螺旋波紋鋼圓管spiral steel pipe鋼板或鋼帶經(jīng)加工制成螺旋形波紋圓管 2010-08-07.烏魯木齊背景有哪些類型？環(huán)向波紋鋼圓管corrugated

2、steel pipe鋼板或鋼帶經(jīng)加工制成環(huán)向的波紋圓管 2010-08-07.烏魯木齊背景有哪些類型？波紋鋼板件corrugated steel plate鋼板經(jīng)環(huán)向加工制成具有一定曲面的波紋板 2010-08-07.烏魯木齊概述為什么采用波紋鋼結(jié)構(gòu)？波紋結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)波紋結(jié)構(gòu)提供高剛度軸向變形補償，波紋管多用作膨脹節(jié)，乃作為熱脹冷縮之過渡所用，應(yīng)力和變形的緩沖鋼結(jié)構(gòu)高強度柔性結(jié)構(gòu)塑料的能不能用？YES，城市排水多用，污水管道、耐腐蝕管道限于小孔徑30mSpan: 1.2 3m2010-08-07.烏魯木齊應(yīng)用情況國外意大利2010-08-07.烏魯木齊應(yīng)用情況國外韓國京義線鐵路橋矢高5.29米跨

3、徑 11.63米長度 70米厚 7毫米南原如愿哉道路橋矢高7.9米跨徑 15.8米長度 31米厚 7.01毫米蔚山江東道路蔚山隧道出入口矢高5.7米跨徑 11.4米長度145米厚 7.01毫米2010-08-07.烏魯木齊應(yīng)用情況國外韓國永德成內(nèi)道路工程涵洞：跨 11.2m, 高 6.6m, 長 48m, 厚 7mm通道：跨 6.4m, 高 5.2m, 長 49m, 厚 5.3mm如州龜尾高速公路16工區(qū)跨 10.8m, 高 6.2m, 長 58.6m, 厚 7mm天安千湖池橋跨 5.8m, 高 1.8m, 寬 4.3m, 厚 3.2mm2010-08-07.烏魯木齊應(yīng)用情況國外韓國丸周新村橋

4、跨 9.988m, 高 2.867m, 長 5m, 厚 8mm高達(dá)山東跨 12.0m, 高 5.948m, 長 21m, 厚 6mm和順郡吳音1橋跨10.514m, 高 3.547m, 寬 6.6m, 厚8mm2010-08-07.烏魯木齊加固公路箱涵應(yīng)用情況國外美國雙橢圓形波紋管通道2010-08-07.烏魯木齊應(yīng)用情況國外安哥拉2010-08-07.烏魯木齊鋼波紋板拼裝式結(jié)構(gòu)，由于設(shè)計連接缺陷，在使用中遭到破壞。2010-08-07.烏魯木齊鋼波紋板拼裝式結(jié)構(gòu)，由于防腐措施不當(dāng)，在使用中腐蝕嚴(yán)重。2010-08-07.烏魯木齊應(yīng)用情況國內(nèi)19972010， 13年來不完全統(tǒng)計全國推廣應(yīng)用鋼

5、波紋管涵洞累計10910道。西藏、上海、青海、內(nèi)蒙古、山西、河北、黑龍江、新疆、天津、寧夏、吉林、湖北、陜西等13省（區(qū)、市）涉及行業(yè)：公路、鐵路、礦區(qū)、市政孔徑：0.58.0截面：圓形、拱形、橢圓形2010-08-07.烏魯木齊2010-08-07.烏魯木齊應(yīng)用情況國內(nèi)應(yīng)用效果河北衡景公路山西臨汾汾河大橋越汾河內(nèi)蒙鄂爾多斯市東勝環(huán)城一級公路青藏公路使用10年青藏鐵路使用6年2010-08-07.烏魯木齊上海A3、A4高速公路4.0米拼裝波紋鋼板管涵造價比混凝土箱涵降低了20%30%。應(yīng)用情況國內(nèi)2010-08-07.烏魯木齊應(yīng)用情況國內(nèi)西柏坡公路30余座，直徑1m6m 運城陌南至芮城沿黃公路

6、5米 2010-08-07.烏魯木齊應(yīng)用情況國內(nèi)承唐、青蘭高速武安-涉縣段50座，0.6-6.0m 大杖子灤河大橋 邢臺隆昔線內(nèi)蒙古省際通道烏蘭浩特段4米 2010-08-07.烏魯木齊國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外：結(jié)構(gòu)研究報道相當(dāng)少見；結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗法；多為應(yīng)用研究報道近些年，腐蝕研究報道較多。2010-08-07.烏魯木齊國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)：中交一公院19971999年，為解決多年凍土地區(qū)涵洞的不均勻沉降難題，首次研制3道試驗涵。20002004年，為解決設(shè)計與施工難題，開展交通部規(guī)范專題研究；青藏鐵路試驗涵洞2道。20052007年，為解決設(shè)計中繁瑣的反復(fù)計算問題，研制設(shè)計軟件。20062009年，

7、為探索大孔徑涵洞的力學(xué)特征，開展了大孔徑涵洞技術(shù)研究；河北省修建試驗涵洞3道。20082010年，開展了大孔徑通道技術(shù)研究。湖北試驗涵洞2道。2008 2010年，交通運輸部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、青海省地方標(biāo)準(zhǔn)2009 2010年，交通行業(yè)工法2010-08-07.烏魯木齊國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)：其他單位內(nèi)蒙古交通規(guī)劃設(shè)計院20032005年， “波紋鋼管涵應(yīng)用技術(shù)研究”，1.5m和2.0m圓管涵及5.5m拱涵， 3道試驗涵20072009年； “波紋鋼結(jié)構(gòu)在小橋與涵洞上的應(yīng)用技術(shù)研究”，試驗小橋1座，跨徑7.4m上海市政工程設(shè)計研究院19981999年，橢圓形通道試驗研究，上海新開河4米青海省公路科研勘測設(shè)

8、計院設(shè)計與應(yīng)用研究、地方標(biāo)準(zhǔn)2010-08-07.烏魯木齊關(guān)鍵技術(shù)防腐與使用條件受力規(guī)律結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)施工技術(shù)2010-08-07.烏魯木齊關(guān)鍵技術(shù)防腐與使用條件目的：解決適用性難題耐久性及使用壽命預(yù)估值不同場合的防腐蝕方案和技術(shù)要求使用條件2010-08-07.烏魯木齊關(guān)鍵技術(shù)防腐與使用條件波紋鋼涵洞的腐蝕機理 土壤腐蝕大氣腐蝕水腐蝕磨蝕2010-08-07.烏魯木齊土壤腐蝕埋地鋼結(jié)構(gòu)腐蝕速度跟土壤類型、土壤性質(zhì)有著密切關(guān)系。 土壤最小電阻率和最大孔蝕速率與最大腐蝕率存在一定的相關(guān)關(guān)系 圖1 最大腐蝕率與各參量的相關(guān)性2010-08-07.烏魯木齊土壤腐蝕我國地域遼闊，自然條件復(fù)雜，擁有種類繁

9、多的土壤。 按腐蝕劃分的我國主要土壤類型 2010-08-07.烏魯木齊土壤名稱腐蝕性磚紅壤類易溶鹽類淋失嚴(yán)重，導(dǎo)電性能差，pH值一般在4.55.5赤紅壤類介于磚紅壤與紅壤之間紅壤類淋溶作用明顯，很少含有易溶鹽類，pH值大都在5.06.0黃壤類螯合淋溶作用更明顯，以致pH值比紅壤還低，有些地區(qū)可低至4.0左右。黃棕壤類兼有棕壤和紅、黃壤的某些特點棕壤類淋溶作用較弱，pH值一般在微酸性范圍內(nèi)褐土類石灰的淋溶和淀積在褐土的形成中起了重要作用，因此大多有石灰反應(yīng)，土壤pH值為中性至微堿性甚至堿性。摟土、黑壚土、黃綿土類pH值多呈堿性暗棕壤類鹽基飽和度一般在70以上，pH值呈中性到堿性反應(yīng)。漂灰土類p

10、H值在4.55.5灰黑土類PH值大都在6.06.5左右灰褐土類土壤中出現(xiàn)鈣積層，PH值大都在7.59.0黑土類有深厚的黑色腐殖質(zhì)層黑鈣土類土層中大都有石灰反應(yīng)，pH值呈堿性白漿土類PH值大都在5.06.0，甚至更低栗鈣土、棕鈣土、灰鈣土類土壤溶液與地下水均為鈣離子所飽和，土壤剖面中、下部形成明顯的鈣積層，并有局部的鹽化或堿化，pH值大都在8.09.5。灰漠土、灰棕漠土、灰鈣土類淋溶作用微弱，除石灰表聚外，石膏與易溶鹽明顯積聚，甚至出現(xiàn)石膏鹽盤層，鹽盤層中的易溶鹽含量最高可達(dá)5060。潮土類分為黃潮土、鹽化潮土、堿化潮土、褐土化潮土和灰潮土六個亞類。砂姜黑土類PH值呈中性至微堿性反應(yīng)綠洲土類土壤

11、PH值大都在8.09.0草甸土類除了鹽化和堿化草甸土外，一般草甸土的PH值大都在6.08.0。沼澤土類水稻土類起源于酸性土壤的水稻土pH值大都上升，而起源于堿性土壤的水稻土pH值則趨于下降。鹽漬土類分布廣，面積很大，類型繁多。在干旱、半干旱地區(qū)，廣泛分布著現(xiàn)代形成的各種鹽堿化土壤，鹽分組成主要是氯化物與硫酸鹽，在干旱地區(qū)的山前平原、古河成階地和高原上，仍可見早期形成的各種殘余鹽堿化土壤。在濱海地區(qū)受海水浸漬，都分布有各種濱海鹽化土，主要是氯化物。堿土中則主要是重碳酸鹽。石灰土，紫色土，磷質(zhì)石灰土，火山灰土，風(fēng)沙土，各類高山土和亞高山土。2010-08-07.烏魯木齊土壤腐蝕潮土和棕漠土：鋼腐蝕

12、率存在最不利含水量并非含水量越大腐蝕越嚴(yán)重”潮土在30附近，棕漠土則在16附近2010-08-07.烏魯木齊土壤腐蝕針對埋地鋼波紋管涵洞內(nèi)側(cè)存在大氣腐蝕、水腐蝕（水環(huán)境腐蝕與水體密切相關(guān)），外側(cè)存在土壤腐蝕的實際情況，提出進(jìn)行防腐設(shè)計，采取必要的措施，考慮設(shè)計年限問題在使用年限內(nèi)應(yīng)進(jìn)行定期防腐檢查和養(yǎng)護(hù)，并根據(jù)需要進(jìn)行二次防腐大修的策略。2010-08-07.烏魯木齊磨蝕山區(qū)泥砂磨蝕：流速較高（大于5m/s）時鋼波紋管涵洞泥砂磨蝕較大。無磨蝕：(對應(yīng)美國水平 1) 沒有砂石遷移物質(zhì)；低磨蝕：(水平 2) 有砂和礫石遷移物質(zhì)，速度小于等于1.6m/s；中等磨蝕：(水平 3) 有砂和礫石遷移物質(zhì)，

13、速度在1.65.0m/s之間；嚴(yán)重磨蝕：(水平 4) 嚴(yán)重的礫石和巖石遷移，速度超過5.0m/s。如磨損較嚴(yán)重應(yīng)采用不同的內(nèi)壁處理方法。2010-08-07.烏魯木齊關(guān)鍵技術(shù)防腐與使用條件耐久性及使用壽命預(yù)估 耐久性國外研究資料使用壽命分析使用壽命預(yù)估案例2010-08-07.烏魯木齊耐久性國外研究資料1978 年，美國鋼鐵學(xué)會AISI， 81個道鋼波紋雨水管調(diào)查研究表明77 道良好狀況使用時間為1665年。四道需要維修的平均使用32年，其中1道處于極端腐蝕的環(huán)境中，電阻率只有 260 -cm。1986 年，加拿大鋼波紋管協(xié)會NCSPA與美國鋼鐵學(xué)會AISI合作，調(diào)查22 個州鍍鋅和涂瀝青的管

14、使用時間2074年，結(jié)論：土壤電阻率從 1326 到 77000 -cm， PH值從 5.6 到 10.3，涂裝后的CSP 系列在一些土和水環(huán)境下可提供100 年的壽命。2010-08-07.烏魯木齊耐久性國外研究資料1993年，哥倫比亞運輸部檢查了21個結(jié)構(gòu)板和有鍍鋅保護(hù)層的內(nèi)壁使用時間 2060年，完好。試驗估計除2個結(jié)構(gòu)外，服務(wù)壽命超過 100 年 1988 年，加拿大亞伯達(dá)省綜合研究，檢測201個安裝管的鋅損失，測量土壤和水PH值、電阻率以及管和土之間的電位。研究得出：平均壽命的期望值為81 年，最小50 年的壽命可達(dá)到83%。2010-08-07.烏魯木齊使用壽命分析國外鋼波紋管涵洞

15、的壽命一般在50年以上，也存在一些使用70年以上的，個別預(yù)估壽命100年。我國鋼波紋管涵洞研究剛剛起步，尚未有其他學(xué)者深入研究其腐蝕及防腐蝕技術(shù)。一般地區(qū)的鋼波紋管涵洞鍍鋅層的壽命應(yīng)達(dá)到3050年以上。如果考慮鋼波紋管涵洞防腐的非金屬涂層、養(yǎng)護(hù)（大修、二次防腐）、設(shè)計厚度腐蝕富裕量等，鋼波紋管涵洞的耐腐蝕壽命達(dá)到50年以上。土壤腐蝕弱的地區(qū)，壽命可能也達(dá)100年。2010-08-07.烏魯木齊使用壽命預(yù)估案例基礎(chǔ)資料泗洪至許昌高速公路淮北段土壤類型主要有潮土和砂礓黑土兩大類。部分棕壤、水稻土分布。普通潮土（黃潮土）pH值8085，鹽化潮土pH值大于85，堿化潮土pH值8.510.0；灰潮土pH

16、值5.06.5；濕潮土pH值5.065。水稻土pH值5.57.0。2010-08-07.烏魯木齊使用壽命預(yù)估案例預(yù)測基本參數(shù)土類電阻率R，.cmpH潮土26505.726508.5砂礓黑土20007.0棕壤16607.2水稻土24006.72010-08-07.烏魯木齊使用壽命預(yù)估案例預(yù)測方法我國未建立金屬波紋管結(jié)構(gòu)的防腐壽命預(yù)測方法。國際上通用的是采用美國鋼鐵學(xué)會方法。依據(jù)美國16個鋼波紋管標(biāo)準(zhǔn)鍍鋅610 g/ m2覆蓋層為基礎(chǔ)研究得出的。 壽命年限可表示為下式：當(dāng)pH7.3,其中，Y壽命年限，年；R電阻率，.cm；pH土壤的pH值。2010-08-07.烏魯木齊使用壽命預(yù)估案例2010-0

17、8-07.烏魯木齊使用壽命預(yù)估案例預(yù)測方法我國未建立金屬波紋管結(jié)構(gòu)的防腐壽命預(yù)測方法。國際上通用的是采用美國鋼鐵學(xué)會方法。依據(jù)美國16個鋼波紋管標(biāo)準(zhǔn)鍍鋅610 g/ m2覆蓋層為基礎(chǔ)研究得出的。 壽命年限可表示為下式：當(dāng)pH7.3,其中，Y壽命年限，年；R電阻率，.cm；pH土壤的pH值。2010-08-07.烏魯木齊使用壽命預(yù)估案例擬采用的防腐方案波形板內(nèi)外表面熱鍍鋅總量為1200g/m2項目鍍鋅量大于美國鋼鐵學(xué)會方法，所以采用美國鋼鐵學(xué)會方法預(yù)測偏保守。 并且各噴涂200m厚耐磨環(huán)氧樹脂以防腐 根據(jù)相關(guān)資料介紹在熱鍍鋅基礎(chǔ)上覆蓋耐磨環(huán)氧樹脂后壽命增加30年以上（需要進(jìn)一步科學(xué)研究） 201

18、0-08-07.烏魯木齊使用壽命預(yù)估案例預(yù)測結(jié)果按AISI提供的610 g/m2鍍鋅層預(yù)估方法可達(dá)到3596年防腐壽命，在酸性環(huán)境下使用年限遠(yuǎn)低于堿性環(huán)境。如果考慮1200g/m2的鍍鋅層+環(huán)氧樹脂的30年保護(hù)期，則按照AISI方法預(yù)測的結(jié)構(gòu)壽命應(yīng)接近或大于100年。土類電阻率R，.cmpH防腐蝕壽命，年潮土26505.73526508.596砂礓黑土20007.055棕壤16607.265水稻土24006.7492010-08-07.烏魯木齊關(guān)鍵技術(shù)防腐與使用條件防腐方案及技術(shù)要求 國外防腐技術(shù)要求我國不同土壤的防腐要求產(chǎn)品防腐要求2010-08-07.烏魯木齊國外防腐技術(shù)要求美國鋼鐵學(xué)會A

19、ISIModern Sewer Design(1999) ：（1）金屬覆蓋層覆蓋鋅保護(hù)層：I型，鍍鋅覆蓋層質(zhì)量為 610 g/ m2，每面43 m。II型， 1220 g/ m2，86m。鋁涂層：I型、 II型305 g/ m2，48 m。（2）非金屬的覆蓋層和涂裝瀝青涂層1.3 mm，涂覆在管內(nèi)部和外面。瀝青材料覆蓋層厚3.2 mm。混凝土材料內(nèi)部分覆蓋層 75 mm厚。聚合物瀝青材料覆蓋層厚 1.3 mm 。聚合物涂裝。瀝青纖維覆蓋層。瀝青涂層和鋪裝在最高磨蝕水平時，可提供30 年服務(wù)壽命的增加期。2010-08-07.烏魯木齊國外防腐技術(shù)要求美國材料學(xué)會ASTM A 761/A 761M

20、-03要求：結(jié)構(gòu)板加工后熱鍍鋅的附著量：兩面總量910g/m2，最小兩面總量不低于820g/m2加拿大鋼波紋管協(xié)會CSPI和美國鋼鐵學(xué)會AISI共同出版的技術(shù)手冊Handbook of Sreel Drainage & Highway construction Products(2002)要求：熱鍍鋅鋅層I型：兩面總量610g/m2(每面43m厚)，(同AASHTO M36,ASTM A929/A929M)日本：波紋管及波紋型鋼材G3471-1997熱鍍鋅鋼板鋅的附著量：兩面總量600g/m2、900g/m2 兩種標(biāo)準(zhǔn)。聯(lián)接套的附著量相同。韓國 建設(shè)交通部波形鋼板構(gòu)造物設(shè)計及施工指南熱鍍鋅鋼板

21、鋅的附著量：兩面總量不低于900g/m2。2010-08-07.烏魯木齊我國不同土壤的防腐要求我國公路鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕要求GB/T18226-2000高速公路交通工程鋼構(gòu)件防腐技術(shù)條件 熱浸鍍鋅600 g/ m2，緊固件和連接件350g/ m2高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范JTJ074-94 、高速公路波形梁鋼護(hù)欄JT/T281-1995 波形梁護(hù)欄鍍鋅量600gm2；緊固件和錨固件350gm2； 2010-08-07.烏魯木齊我國不同土壤的防腐要求方案腐蝕等級腐蝕速率mm/a適用場合內(nèi)壁防腐蝕方案外壁防腐蝕方案方案一弱腐蝕性0.1干旱半干旱地區(qū)、弱腐蝕鍍鋅層厚86m +熱涂瀝青層鍍鋅層

22、厚86m +熱涂瀝青層方案二弱腐蝕性0.5一般地區(qū)、強腐蝕鍍鋅層厚86m +涂層系統(tǒng)2+熱涂瀝青層鍍鋅層厚86m+涂層系統(tǒng)1+熱涂瀝青層方案五強腐蝕性0.5海港地區(qū)、強腐蝕鍍鋅層厚86m +涂層系統(tǒng)3 +聚合物水泥砂漿鍍鋅層厚86m +涂層系統(tǒng)3+熱涂瀝青層方案六山區(qū)沖刷嚴(yán)重地區(qū)鍍鋅層厚86m +（聚合物）水泥砂漿*鍍鋅層厚86m +熱涂瀝青層方案七鋼波紋管涵洞腐蝕層的更新或維護(hù)（1）涂層系統(tǒng)：底層：富鋅漆（無機或有機）厚75m，面層：氧化橡膠漆、聚胺酯漆、丙烯酸樹酯漆、乙烯樹酯漆厚250m或（2）噴涂鋅厚250m。表4鋼波紋管涵洞不同場合推薦采用的防腐方案2010-08-07.烏魯木齊我國不

23、同土壤的防腐要求涂層系統(tǒng)及設(shè)計使用年限 ，參見公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范JTJ041-2000鋼橋工地涂裝要求，可參考：公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝材料技術(shù)條件JT/T 722效果：推薦的防腐方案青藏公路試驗涵洞鍍鋅使用13年無明顯銹蝕河北波紋管涵洞（鍍鋅+噴涂瀝青）使用6年也無明顯銹蝕現(xiàn)象。2001年修筑的青藏鐵路格爾木南山口拉赤臺段DK856+262和DK857+973波紋管涵，2009年檢查管身處無明顯腐蝕現(xiàn)象。2010-08-07.烏魯木齊產(chǎn)品防腐要求采用低碳結(jié)構(gòu)鋼加工出廠前應(yīng)進(jìn)行熱浸鍍鋅防腐處理，。熱浸鍍鋅質(zhì)量單面附著量波紋鋼圓管、波紋鋼板件和管箍600 gm2螺栓、螺母350 gm2當(dāng)采用熱浸

24、鍍鋁、靜電噴涂等其他防腐方法代替鍍鋅時，應(yīng)有試驗驗證資料，確保其防腐性能應(yīng)不低于上述規(guī)定要求。采用連續(xù)熱鍍鋅鋼板及鋼帶加工時，其加工后的有效鋅層厚度和質(zhì)量應(yīng)不低于上述規(guī)定的要求。熱浸鍍鋅基礎(chǔ)上可采用涂裝或噴涂瀝青等非金屬覆蓋層。2010-08-07.烏魯木齊關(guān)鍵技術(shù)防腐與使用條件使用條件適應(yīng)范圍使用條件選用原則2010-08-07.烏魯木齊適應(yīng)范圍涵洞壽命周期和服務(wù)年限達(dá)到50年完全可以適合一般公路，對特殊巖土地區(qū)，如多年凍土、膨脹土、軟土、濕陷性黃土等地區(qū)尤其適用且更具優(yōu)越性。涵洞壽命周期和服務(wù)年限如果達(dá)到100年完全可以適合高等級公路。通道、管道2010-08-07.烏魯木齊使用條件相應(yīng)波

25、形必須具有足夠的壁厚，確保鋼波紋管結(jié)構(gòu)在受荷時最大應(yīng)力低于鋼結(jié)構(gòu)的容許應(yīng)力（或屈服應(yīng)力）；鋼波紋管的防腐處理必須不低于防腐蝕推薦標(biāo)準(zhǔn)，以確保一定年限內(nèi)鋼波紋管涵洞具有足夠的耐腐蝕能力，鋼板壁厚應(yīng)適當(dāng)考慮防腐富裕量；鋼波紋管應(yīng)能夠承受標(biāo)準(zhǔn)荷載引起的變形，不致產(chǎn)生非線性破壞。2010-08-07.烏魯木齊選用原則應(yīng)遵循適用、安全、經(jīng)濟的原則因地制宜、發(fā)揮優(yōu)勢、不盲目使用的原則。兼顧施工便利、二次防腐養(yǎng)護(hù)的原則。 2010-08-07.烏魯木齊選用原則下列地區(qū)宜優(yōu)先考慮鋼波紋管涵洞：不良巖土地基的涵洞，包括多年凍土、膨脹土、軟土、濕陷性黃土等；缺乏人力資源或高危險、高原缺氧地區(qū)等等工程；砂石資源缺乏

26、地區(qū)及水泥、鋼材等運距較遠(yuǎn)的邊遠(yuǎn)地區(qū)；為加快施工進(jìn)度、達(dá)到快速通車目的的應(yīng)急搶險、救災(zāi)等工程。2010-08-07.烏魯木齊選用原則下列情況使用時應(yīng)慎重使用：高速公路重要路段或維護(hù)困難路段。充分考慮其服務(wù)壽命或改建的便利性。泥石流堆積扇或排泄砂石流量大、流速高的區(qū)段。磨蝕，淤積高填土路段。高填路段，應(yīng)根據(jù)施工工藝及施工后路堤不同土拱效應(yīng)進(jìn)行計算分析，確保涵洞受力安全。較大孔徑。2010-08-07.烏魯木齊關(guān)鍵技術(shù)受力規(guī)律有限元分析規(guī)律現(xiàn)場涵洞、通道力學(xué)試驗規(guī)律2010-08-07.烏魯木齊有限元分析受力規(guī)律邊界：底面約束所有位移和扭轉(zhuǎn)自由度施加 ALL DOF 約束，管兩側(cè)立面施加水平位移約

27、束 UX，頂面施加荷載，其余面自由；對應(yīng)于反開槽回填施工工藝。 精度5%以內(nèi)測點位置內(nèi)側(cè)切向應(yīng)變實測值（）邊界條件計 算 值()與實測值誤差(%)1510管頂管側(cè)管底110.5-139137.5111.98-138.19143.491.340.584.362010-08-07.烏魯木齊有限元分析受力規(guī)律規(guī)律1：小孔徑應(yīng)力與填土高度的關(guān)系 管內(nèi)切向與軸向應(yīng)變、撓度和最大等效應(yīng)力在恒載（填土自重）作用下隨填土高度的增加有呈線性增長的規(guī)律， 僅活載作用時呈乘冪逐漸減小 2.0m管涵波峰管頂撓度 2.0m管涵的最大等效應(yīng)力 2010-08-07.烏魯木齊有限元分析受力規(guī)律規(guī)律2：關(guān)鍵點位切向、軸向呈拉

28、壓交替變化 各管徑恒載、活載作用下管側(cè)（測點5）波峰切向和軸向均受拉；在管頂（測點1）波峰和管底（測點10）波谷以及管側(cè)波谷均出現(xiàn)切向、軸向呈拉壓交替的變化規(guī)律；波峰和波谷在管頂、管底、管側(cè)均為應(yīng)力集中處。切向應(yīng)變 2010-08-07.烏魯木齊有限元分析受力規(guī)律規(guī)律3：小孔徑撓度與填土高度的拐點后增長關(guān)系及回歸公式；恒載 0.75m 活載 0.75m2010-08-07.烏魯木齊有限元分析受力規(guī)律規(guī)律4：小孔徑最大等效應(yīng)力位置、大小與管徑和填土高度的關(guān)系； 最大等效應(yīng)力的對應(yīng)位置 隨管徑和填土高度在不同集中點之間變化恒載、活載作用下的最大等效應(yīng)力均隨填土高度呈線性增長和乘冪減小 恒載0.75

29、m活載0.75m2010-08-07.烏魯木齊有限元分析受力規(guī)律規(guī)律5：小孔徑不同壁厚對波紋管涵受力的影響規(guī)律管頂填土高度為10米時，恒載、活載引起的最大等效應(yīng)力與壁厚t呈對數(shù)關(guān)系 2010-08-07.烏魯木齊有限元分析受力規(guī)律規(guī)律6：不同活載對波紋管涵受力的影響規(guī)律同一壁厚與填土高度不同荷載引起的等效應(yīng)力值由大到小順序依次為：掛120 公路I級車輛荷載填土土壓力，但掛車120與公路I級車輛荷載之間的差值不大，約在5%左右； 2010-08-07.烏魯木齊有限元分析受力規(guī)律規(guī)律7：小孔徑不同波形對波紋管涵受力特征的影響規(guī)律大波形為R30 r30 L140 H70mm（自主研發(fā)波形），壁厚分別

30、為36mm；小波形為 R30 r30 L75 H25mm（國外常見波形），壁厚為2.77mm；管頂填土10m 2010-08-07.烏魯木齊有限元分析受力規(guī)律規(guī)律8：小孔徑波紋管涵與圓管涵在受力上的差異規(guī)律填土高度與荷載管涵類型與對比項填土高度0.5米填土高度10米填土恒載公路I級車輛荷載填土恒載公路I級車輛荷載撓度（mm）圓管涵2.0997.72421.30921.332波紋管涵1.31644.04714.09514.27252010-08-07.烏魯木齊有限元分析受力規(guī)律規(guī)律9：3m涵洞管頂填土3m，6m涵洞管頂填土1m 切向薄膜應(yīng)力、徑向薄膜應(yīng)力、軸向薄膜應(yīng)力、等效應(yīng)力的分布規(guī)律； 切向

31、薄膜應(yīng)力軸向薄膜應(yīng)力徑向薄膜應(yīng)力等效應(yīng)力控制設(shè)計；切向薄膜應(yīng)力控制片狀拼裝螺栓的剪應(yīng)力。軸向薄膜應(yīng)力控制整體拼裝軸向螺栓的拉應(yīng)力。切向薄膜應(yīng)力，從管頂至管底，波峰與波谷截然不同的相反應(yīng)力變化趨勢管頂：波峰為壓應(yīng)力最大、波谷呈現(xiàn)拉應(yīng)力最大；管側(cè)：波峰為壓應(yīng)力最小、波谷呈現(xiàn)壓應(yīng)力最大；管底：波峰為壓應(yīng)力最大、波谷呈現(xiàn)拉應(yīng)力最大；徑向薄膜應(yīng)力，從管頂至管底，波峰與波谷截然不同；軸向薄膜應(yīng)力，從管頂至管底，波峰與波谷、波側(cè)變化趨勢雷同；3m涵洞管頂填土3m，等效應(yīng)力波峰在管底最大，波谷、波側(cè)在管側(cè)最大。6m涵洞管頂填土1m等效應(yīng)力波峰在管底最大，波谷、波側(cè)在管側(cè)108最大 6米涵洞管頂填土1米和2米，

32、最大應(yīng)力均處于波峰180、波側(cè)114、波谷108；均滿足強度和剛度要求。2010-08-07.烏魯木齊現(xiàn)場試驗受力規(guī)律，小孔徑規(guī)律1：小孔徑不同工況下路中各測點的內(nèi)側(cè)切向、軸向應(yīng)力均有隨波形呈周期變化的規(guī)律 DK856+262涵測區(qū)2管頂測點1內(nèi)側(cè)切向應(yīng)力（斷面1、5、9為波峰，斷面3、7為波谷） 2010-08-07.烏魯木齊現(xiàn)場試驗受力規(guī)律，小孔徑規(guī)律2：同一測點波峰和波谷處呈相反的拉壓交替規(guī)律 管頂波谷波谷波峰拉壓拉壓波谷波峰管側(cè)波峰拉壓拉壓2010-08-07.烏魯木齊現(xiàn)場試驗受力規(guī)律，3米孔徑 規(guī)律1：填土（h0D+10.9m）空載，路中切向應(yīng)變 波峰112.5處出現(xiàn)明顯的拉應(yīng)變集中

33、 切向應(yīng)變受填土層數(shù)影響變化較大，出現(xiàn)一定的波動性； 管頂4米以上，各測點的切向應(yīng)變受填土層數(shù)影響較??； 波峰波側(cè) 波谷 2010-08-07.烏魯木齊現(xiàn)場試驗受力規(guī)律，3米孔徑 規(guī)律2：填土（h0D+10.9m）空載，路肩切向應(yīng)變 填土2m后出現(xiàn)突變說明兩側(cè)填土對涵洞存在明顯的擠壓 波峰135處的拉應(yīng)變集中遠(yuǎn)高于在112.5處的值 第二次突變存在，波峰135處拉應(yīng)變D+4.0m明顯跳躍，之后居高 ； 波峰波谷 2010-08-07.烏魯木齊現(xiàn)場試驗受力規(guī)律，3米孔徑規(guī)律3：路基頂D+10.9m +壓路機波峰切向應(yīng)變 管頂45處內(nèi)側(cè)切向壓應(yīng)變增量最大，控制設(shè)計 ； 2010-08-07.烏魯木

34、齊現(xiàn)場試驗受力規(guī)律，3米孔徑規(guī)律4： 路基頂D+10.9m +壓路機切向應(yīng)變 壓路機移動，應(yīng)變變化不大荷載作用在路中的應(yīng)力影響最小 波峰波谷2010-08-07.烏魯木齊現(xiàn)場試驗受力規(guī)律，3米孔徑規(guī)律5： 路基頂D+10.9m +壓路機波谷切向應(yīng)變 管頂22.5處內(nèi)側(cè)切向壓應(yīng)變增量最大，控制設(shè)計 ； 2010-08-07.烏魯木齊現(xiàn)場試驗受力規(guī)律，6米孔徑施工過程隨填土高度和活載變化的系列應(yīng)變規(guī)律：管內(nèi)填土內(nèi)側(cè)切向、軸向波峰受壓，波谷受拉。 兩側(cè)及管頂填土后內(nèi)側(cè)切向，波峰管頂0拉應(yīng)變且較大，之后逐漸減小；波谷上半部為受拉，中部為受壓；24受拉集中，且隨填土增加，應(yīng)變增幅增大。但內(nèi)側(cè)軸向，對應(yīng)測

35、點波峰轉(zhuǎn)為受拉，波谷轉(zhuǎn)為受壓。波峰24和112、波谷48軸向受拉集中。管頂填土1.5m時，壓路機對切向應(yīng)變影響較小。2010-08-07.烏魯木齊現(xiàn)場試驗受力規(guī)律，6米孔徑在路基頂部hD+1.5m施加30T重車荷載后應(yīng)變規(guī)律：內(nèi)側(cè)切向應(yīng)變，管上側(cè)部分波峰和波側(cè)總體受壓，波谷43.2受拉集中（其余受壓）。內(nèi)側(cè)軸向應(yīng)變，波峰和波側(cè)、波谷，均是管頂0應(yīng)變最大。隨重車位置變化，應(yīng)變的變化趨勢不變，但位置變化對應(yīng)變大小有明顯影響；后輪組中心作用在通道中部影響最大。在30T超重車載作用下，相對與施工過程中來說，各個測點的應(yīng)變變化均較?。ㄐ∮?0），不影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。2010-08-07.烏魯木齊關(guān)鍵技術(shù)結(jié)構(gòu)

36、設(shè)計技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)有設(shè)計技術(shù)及適應(yīng)性基于有限元模擬分析的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件2010-08-07.烏魯木齊國內(nèi)外現(xiàn)有設(shè)計技術(shù)及適應(yīng)性國外方法：ASTM A796壁厚及內(nèi)力（強度）等確定方法可以采用容許強度方法（allowable stress design ,簡稱ASD），也可以采用荷載-抗力系數(shù)法（load and resistance factor design,簡稱D）美國公路橋梁設(shè)計規(guī)范荷載-抗力系數(shù)法美國鋼鐵學(xué)會AISI 容許強度方法韓國公團容許強度方法2010-08-07.烏魯木齊國內(nèi)外現(xiàn)有設(shè)計技術(shù)及適應(yīng)性國外方法分析：經(jīng)驗法，將管兩側(cè)處的環(huán)向壓力作為設(shè)計控制因素簡化為大剛度的鋼圓管，沒有隨

37、波形的內(nèi)力分布和重新分布我國與國外差異性荷載組合不同，我國標(biāo)準(zhǔn)高于美國波形差異大，其受力特征相差較大施工技術(shù)水平和受力也有差異國外方法在我國很難直接應(yīng)用，不能盲目套用。 2010-08-07.烏魯木齊國內(nèi)外現(xiàn)有設(shè)計技術(shù)及適應(yīng)性國內(nèi)其他行業(yè)方法：國內(nèi)石油化工等行業(yè) 主要采用美國膨脹節(jié)制作商協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（EJMA）無加強膨脹節(jié)的計算方法用彈性直梁理論簡化處理，外壓核算將波紋管視為一當(dāng)量圓筒進(jìn)行校核，厚度為一斷面慣性矩等于波紋斷面慣性矩的圓筒體。 但石油化工等行業(yè)的波紋管主要為U型，目的是提供軸向的位移補償，與埋地鋼波紋管涵洞的波形和受力特征不同。 2010-08-07.烏魯木齊國內(nèi)外現(xiàn)有設(shè)計技術(shù)及適應(yīng)

38、性國內(nèi)外其他行業(yè)方法：國內(nèi)石油化工等行業(yè) 主要采用美國膨脹節(jié)制作商協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（EJMA）無加強膨脹節(jié)的計算方法用彈性直梁理論簡化處理，外壓核算將波紋管視為一當(dāng)量圓筒進(jìn)行校核，厚度為一斷面慣性矩等于波紋斷面慣性矩的圓筒體。 原聯(lián)邦德國AD規(guī)范按靜力平衡條件推導(dǎo)，由內(nèi)壓產(chǎn)生的波紋管的周向薄膜應(yīng)力來計算壁厚；也可按兩端固定均布荷載直梁用塑性理論，由內(nèi)壓產(chǎn)生的波紋管徑向彎曲應(yīng)力來計算壁厚。日本JISB8243壓力容器構(gòu)造，按兩端固定均布荷載彈性直梁推導(dǎo)，由內(nèi)壓產(chǎn)生的波紋管的徑向彎曲應(yīng)力這些波紋管主要為U型，目的是提供軸向的位移補償，與埋地鋼波紋管涵洞的波形和受力特征不同，不能盲目套用。 2010-08-07.烏魯木齊國內(nèi)外現(xiàn)有設(shè)計技術(shù)及適應(yīng)性公路橋涵設(shè)計手冊涵洞根據(jù)涵管的受力和變形情況，劃分為柔性管和剛性管進(jìn)行總體受力分析，相應(yīng)地基于Marston假設(shè)的受力分析及其修正方法等，這些受力分析適用于不帶波紋的圓管，對波紋狀結(jié)構(gòu)難以反映其內(nèi)力分布。在膨脹節(jié)領(lǐng)域，波紋管多采用U型和型、C型等，波紋管的力學(xué)性能研究的主要方法有工程計算法、解析法和數(shù)值法。應(yīng)用于鋼波紋管涵洞時，波形為類正弦波，工程計算法不能反映該結(jié)構(gòu)的