環(huán)向接縫設(shè)計(jì)及計(jì)算

埋置式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常忽略管節(jié)連接接縫處的縱向、橫向和環(huán)向應(yīng)力。環(huán)向接縫的設(shè)計(jì)假定僅考慮其橫截面上的平面載荷（彎矩和推力），而不考慮沿結(jié)構(gòu)縱向不均勻載荷和/或不均勻地基（管基）引起的縱向彎矩和剪力。然而，國外的大量觀測表明，如果用于連接波紋鋼管管節(jié)的環(huán)向接縫（管箍或法蘭）強(qiáng)度不夠，或構(gòu)造不合理，由縱向地基剛度的變化引起的縱向內(nèi)力可能會引起結(jié)構(gòu)局部破壞，使得水或土壤向管內(nèi)滲透，從而造成土壤支撐的損失，甚至引起結(jié)構(gòu)坍塌。設(shè)計(jì)應(yīng)要求結(jié)構(gòu)長度范圍內(nèi)的地基和管基具有較均勻的物理性質(zhì)和厚度。但是經(jīng)驗(yàn)表明，大多數(shù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)很難達(dá)到理想的現(xiàn)場條件，而且填筑過程中也很難避免縱向不均勻載荷的出現(xiàn)。因此，如果結(jié)構(gòu)縱向地基剛度差異較大，或上部填土厚度變化較大，則應(yīng)考慮縱向內(nèi)力的影響對環(huán)向接縫進(jìn)行設(shè)計(jì)。2009年5月，AASHTO和FHWA聯(lián)合委托美國公路合作研究組織NCHRP開展了一個(gè)專項(xiàng)研究，通過現(xiàn)場試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和有限元分析，研究了柔性和剛性涵洞的環(huán)向接縫在縱向不均勻的施工條件、支承條件和荷載條件下的力學(xué)性能。環(huán)向接縫包括兩種連接形式：一種是不傳遞彎矩的連接，入套環(huán)或套管連接，稱為“彎矩釋放型連接”（moment-releasejoints）；另一種是可傳遞彎矩的連接，如管箍連接或焊接連接，稱為“彎矩傳遞型連接”（moment-transferjoints）。該研究項(xiàng)目于2012年4月完成，其成果和結(jié)論已提交AASHTO公路小組委員會審議，計(jì)劃作為AASHTOLRFD公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂內(nèi)容。本節(jié)摘要介紹該項(xiàng)目的部分研究成果，供國內(nèi)工程技術(shù)人員進(jìn)行波紋鋼埋置式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的參考。波紋鋼埋置式結(jié)構(gòu)的環(huán)向接縫實(shí)際應(yīng)驗(yàn)算：（1） 彎矩釋放型連接和彎矩傳遞型連接抵抗豎向剪力的能力。（2） 彎矩傳遞型連接抵抗縱向彎矩的能力。（3） 彎矩傳遞型連接抵抗軸力的能力（假定彎矩釋放型連接不具備傳遞軸向拉力的能力）。（4） 彎矩釋放型連接適應(yīng)縱向轉(zhuǎn)角的能力。該項(xiàng)目著重研究了接縫處縱向彎矩的影響，并給出了彎矩、剪力和轉(zhuǎn)角的簡化計(jì)算公式和按彈性地基梁進(jìn)行有限元分析的方法，而對軸向拉力則沒有進(jìn)行詳細(xì)的研究。這里介紹彎矩、剪力和轉(zhuǎn)角的簡化計(jì)算方法。波紋鋼埋置式結(jié)構(gòu)環(huán)向接縫的簡化計(jì)算考慮圖5-40所示的設(shè)計(jì)模型。（1） 波紋鋼埋置式結(jié)構(gòu)拱頂填土產(chǎn)生的乘系數(shù)的豎向土壓力（kN/m）按下式計(jì)算：W=aVAFFODHED S式中：aD—土壓力載荷系數(shù)；VAF—豎向土拱系數(shù)，對于波紋鋼管，取1.0；S—拱頂填土的重度（kN/m3）OD—波紋鋼管的外部直徑；H—波紋鋼管起拱線以上的填土厚度。仏+LLDFJ/Zfl+LLDF'/f仏+LLDFJ/Zfl+LLDF'/f訂』仏tI.tDFff)圖5-40計(jì)算柔性管環(huán)向接縫處的剪力、彎矩和轉(zhuǎn)角的簡化模

型a）均布土荷載作用于兩節(jié)位于不同剛度土壤上的管上；b）地面活載位于接縫中心，引起最大轉(zhuǎn)角；c）地面活載位于接縫一側(cè)，引起最大剪力

（2）地面上乘系數(shù)的活載（kN,包括活載系數(shù)，動(dòng)力增計(jì)值）通過填土的分布后，折算到直接作用于波紋鋼管上的荷載的比值O按下式計(jì)算：minODW+LLDFH）W= 0—W+LLDFH0式中：LLDF—活載分布系數(shù)；W0—活載傳遞到波紋鋼管起拱線處的分布寬度（m）。（3） 對于彎矩傳遞型連接，作用于環(huán)向接縫上的剪力（kN）和彎矩（kN?m）設(shè)計(jì)值分別為：Vj-d=Vj-d=0.15翼九卜 LL+LLDFHOM=0.05比+ WpLmj-d 九2L+LLDFHO式中:1+e-^Hsin/L-cosZL)-/lh./Le2sinh 2_2/2_kOD/—4—soil 44EIksoil—土壤的剛度（kN/m3），對于波紋鋼管的結(jié)構(gòu)性回填，一般取30000kN/m3；El—波紋鋼管按彈性的基梁考慮的縱向整體抗彎剛度（kN/m3）。

4)對于彎矩釋放型連接，作用于環(huán)向接縫上的剪力(kN)和轉(zhuǎn)角(rad)設(shè)計(jì)值分別為:W wPvV=0.15—+l-j-d 九L+L