波紋鋼管涵應用-李祝龍

波紋鋼管涵應用-李祝龍第一頁，共100頁。報告內容概述應用情況國內外研究現(xiàn)狀關鍵技術研究與應用趨勢2010-08-07.烏魯木齊第二頁，共100頁。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構？優(yōu)點有哪些？適用性如何？2010-08-07.烏魯木齊第三頁，共100頁。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.烏魯木齊第四頁，共100頁。背景有哪些類型？螺旋波紋鋼圓管spiralsteelpipe鋼板或鋼帶經(jīng)加工制成螺旋形波紋圓管2010-08-07.烏魯木齊第五頁，共100頁。背景有哪些類型？環(huán)向波紋鋼圓管corrugatedsteelpipe鋼板或鋼帶經(jīng)加工制成環(huán)向的波紋圓管2010-08-07.烏魯木齊第六頁，共100頁。背景有哪些類型？波紋鋼板件corrugatedsteelplate鋼板經(jīng)環(huán)向加工制成具有一定曲面的波紋板2010-08-07.烏魯木齊第七頁，共100頁。概述為什么采用波紋鋼結構？波紋結構鋼結構波紋結構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，應力和變形的緩沖鋼結構高強度柔性結構塑料的能不能用？YES，城市排水多用，污水管道、耐腐蝕管道限于小孔徑<1500mm；脆性材料、不適應變形2010-08-07.烏魯木齊第八頁，共100頁。概述優(yōu)點有哪些？（1）工程實際造價比同類跨徑的橋、涵洞低；（2）施工工期短，主要為拼裝施工；現(xiàn)場安裝不需使用大型設備，安裝方便；（3）采用標準化設計、生產(chǎn)，生產(chǎn)周期短；工廠化集中生產(chǎn)，生產(chǎn)不受環(huán)境影響，利于控制質量；（4）減少了水泥、塊片石或碎石、砂等的用量，有利于環(huán)保；（5）有利于改善軟土、膨脹土、濕陷性黃土等特殊地基結構物處的不均勻沉降問題，提高了公路服務性能，減少了工后養(yǎng)護成本；（6）有利于改善軟土地基結構物與路堤交界處的“錯臺現(xiàn)象”，提高行車的舒適度與安全性。2010-08-07.烏魯木齊第九頁，共100頁。概述適用性如何？結構適用性廣；尤其適應變形；力學特征與圓管截然不同；特殊情況需要力學驗算。服務年限：與水、土、大氣腐蝕環(huán)境相關；需要進行防腐設計一般大于50年，有的接近或大于100年（后面詳細報告）2010-08-07.烏魯木齊第十頁，共100頁。應用情況——國外國外應用十分普及美國、加拿大、日本等，廣泛應用于公路工程。美國鋼鐵學會ModernSewerDesign美國鋼鐵學會和加拿大鋼波紋管協(xié)會HandbookofSteelDrainage&HighwayConstructionPRODUCTS2004年韓國700余處非洲多數(shù)國家在基礎設施建設中也大量使用鋼波紋管涵洞2010-08-07.烏魯木齊第十一頁，共100頁。應用情況——國外加拿大Span:3~25m波形：381x140mmSpan:1.5~12m波形：152x51mmSpan:1.5~8m波形：230x64mmSpan:>30mSpan:1.2~3m2010-08-07.烏魯木齊第十二頁，共100頁。應用情況——國外意大利2010-08-07.烏魯木齊第十三頁，共100頁。應用情況——國外韓國京義線鐵路橋矢高5.29米跨徑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.烏魯木齊第十四頁，共100頁。應用情況——國外韓國永德～成內道路工程涵洞：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.烏魯木齊第十五頁，共100頁。應用情況——國外韓國丸周新村橋跨9.988m,高2.867m,長5m,厚8mm高達～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.烏魯木齊第十六頁，共100頁。加固公路箱涵應用情況——國外美國雙橢圓形波紋管通道2010-08-07.烏魯木齊第十七頁，共100頁。應用情況——國外安哥拉2010-08-07.烏魯木齊第十八頁，共100頁。鋼波紋板拼裝式結構，由于設計連接缺陷，在使用中遭到破壞。2010-08-07.烏魯木齊第十九頁，共100頁。鋼波紋板拼裝式結構，由于防腐措施不當，在使用中腐蝕嚴重。2010-08-07.烏魯木齊第二十頁，共100頁。應用情況——國內1997~2010，13年來不完全統(tǒng)計全國推廣應用鋼波紋管涵洞累計10910道。西藏、上海、青海、內蒙古、山西、河北、黑龍江、新疆、天津、寧夏、吉林、湖北、陜西等13?。▍^(qū)、市）涉及行業(yè)：公路、鐵路、礦區(qū)、市政……孔徑：0.5~8.0截面：圓形、拱形、橢圓形2010-08-07.烏魯木齊第二十一頁，共100頁。2010-08-07.烏魯木齊第二十二頁，共100頁。應用情況——國內應用效果河北衡景公路山西臨汾汾河大橋越汾河內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.烏魯木齊第二十三頁，共100頁。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%。應用情況——國內2010-08-07.烏魯木齊第二十四頁，共100頁。應用情況——國內西柏坡公路30余座，直徑1m~6m運城陌南至芮城沿黃公路5米2010-08-07.烏魯木齊第二十五頁，共100頁。應用情況——國內承唐、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蒙古省際通道烏蘭浩特段4米2010-08-07.烏魯木齊第二十六頁，共100頁。國內外研究現(xiàn)狀國外：結構研究報道相當少見；結構設計經(jīng)驗法；多為應用研究報道近些年，腐蝕研究報道較多。2010-08-07.烏魯木齊第二十七頁，共100頁。國內外研究現(xiàn)狀國內：中交一公院1997~1999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。2000~2004年，為解決設計與施工難題，開展交通部規(guī)范專題研究；青藏鐵路試驗涵洞2道。2005~2007年，為解決設計中繁瑣的反復計算問題，研制設計軟件。2006~2009年，為探索大孔徑涵洞的力學特征，開展了大孔徑涵洞技術研究；河北省修建試驗涵洞3道。2008~2010年，開展了大孔徑通道技術研究。湖北試驗涵洞2道。2008～2010年，交通運輸部行業(yè)標準、青海省地方標準2009～2010年，交通行業(yè)工法2010-08-07.烏魯木齊第二十八頁，共100頁。國內外研究現(xiàn)狀國內：其他單位內蒙古交通規(guī)劃設計院2003~2005年，“波紋鋼管涵應用技術研究”，1.5m和2.0m圓管涵及5.5m拱涵，3道試驗涵2007~2009年；“波紋鋼結構在小橋與涵洞上的應用技術研究”，試驗小橋1座，跨徑7.4m上海市政工程設計研究院1998~1999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計院設計與應用研究、地方標準2010-08-07.烏魯木齊第二十九頁，共100頁。關鍵技術防腐與使用條件受力規(guī)律結構設計技術施工技術2010-08-07.烏魯木齊第三十頁，共100頁。關鍵技術~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估值不同場合的防腐蝕方案和技術要求使用條件2010-08-07.烏魯木齊第三十一頁，共100頁。關鍵技術~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.烏魯木齊第三十二頁，共100頁。①土壤腐蝕埋地鋼結構腐蝕速度跟土壤類型、土壤性質有著密切關系。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關系

圖1最大腐蝕率與各參量的相關性2010-08-07.烏魯木齊第三十三頁，共100頁。①土壤腐蝕我國地域遼闊，自然條件復雜，擁有種類繁多的土壤。按腐蝕劃分的我國主要土壤類型2010-08-07.烏魯木齊第三十四頁，共100頁。土壤名稱腐蝕性磚紅壤類易溶鹽類淋失嚴重，導電性能差，pH值一般在4.5～5.5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5.0～6.0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，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。漂灰土類pH值在4.5～5.5灰黑土類PH值大都在6.0～6.5左右灰褐土類土壤中出現(xiàn)鈣積層，PH值大都在7.5～9.0黑土類有深厚的黑色腐殖質層黑鈣土類土層中大都有石灰反應，pH值呈堿性白漿土類PH值大都在5.0～6.0，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8.0～9.5?；夷?、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50％～60％。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綠洲土類土壤PH值大都在8.0～9.0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6.0～8.0。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，磷質石灰土，火山灰土，風沙土，各類高山土和亞高山土。2010-08-07.烏魯木齊第三十五頁，共100頁。①土壤腐蝕潮土和棕漠土：鋼腐蝕率存在最不利含水量并非含水量越大腐蝕越嚴重”潮土在30％附近，棕漠土則在16％附近2010-08-07.烏魯木齊第三十六頁，共100頁。①土壤腐蝕針對埋地鋼波紋管涵洞內側存在大氣腐蝕、水腐蝕（水環(huán)境腐蝕與水體密切相關），外側存在土壤腐蝕的實際情況，提出進行防腐設計，采取必要的措施，考慮設計年限問題在使用年限內應進行定期防腐檢查和養(yǎng)護，并根據(jù)需要進行二次防腐大修的策略。2010-08-07.烏魯木齊第三十七頁，共100頁。②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：(對應美國水平1)沒有砂石遷移物質；低磨蝕：(水平2)有砂和礫石遷移物質，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，速度在1.6～5.0m/s之間；嚴重磨蝕：(水平4)嚴重的礫石和巖石遷移，速度超過5.0m/s。如磨損較嚴重應采用不同的內壁處理方法。2010-08-07.烏魯木齊第三十八頁，共100頁。關鍵技術~防腐與使用條件耐久性及使用壽命預估耐久性國外研究資料使用壽命分析使用壽命預估案例2010-08-07.烏魯木齊第三十九頁，共100頁。①耐久性國外研究資料1978年，美國鋼鐵學會AISI，81個道鋼波紋雨水管調查研究表明77道良好狀況使用時間為16～65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260Ω-cm。1986年，加拿大鋼波紋管協(xié)會NCSPA與美國鋼鐵學會AISI合作，調查22個州鍍鋅和涂瀝青的管使用時間20～74年，結論：土壤電阻率從1326到77000Ω-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.烏魯木齊第四十頁，共100頁。①耐久性國外研究資料1993年，哥倫比亞運輸部檢查了21個結構板和有鍍鋅保護層的內壁使用時間20~60年，完好。試驗估計除2個結構外，服務壽命超過100年

1988年，加拿大亞伯達省綜合研究，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年的壽命可達到83%。2010-08-07.烏魯木齊第四十一頁，共100頁。②使用壽命分析國外鋼波紋管涵洞的壽命一般在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，尚未有其他學者深入研究其腐蝕及防腐蝕技術。一般地區(qū)的鋼波紋管涵洞鍍鋅層的壽命應達到30~50年以上。如果考慮鋼波紋管涵洞防腐的非金屬涂層、養(yǎng)護（大修、二次防腐）、設計厚度腐蝕富裕量等，鋼波紋管涵洞的耐腐蝕壽命達到50年以上。土壤腐蝕弱的地區(qū)，壽命可能也達100年。2010-08-07.烏魯木齊第四十二頁，共100頁。③使用壽命預估案例基礎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8．0~8．5，鹽化潮土pH值大于8．5，堿化潮土pH值8.5~10.0；灰潮土pH值5.0~6.5；濕潮土pH值5.0~6．5。水稻土pH值5.5~7.0。2010-08-07.烏魯木齊第四十三頁，共100頁。③使用壽命預估案例預測基本參數(shù)土類電阻率R，Ω.cmpH潮土26505.726508.5砂礓黑土20007.0棕壤16607.2水稻土24006.72010-08-07.烏魯木齊第四十四頁，共100頁。③使用壽命預估案例預測方法我國未建立金屬波紋管結構的防腐壽命預測方法。國際上通用的是采用美國鋼鐵學會方法。依據(jù)美國16個鋼波紋管標準鍍鋅610g/m2覆蓋層為基礎研究得出的。壽命年限可表示為下式：當pH<7.3,當pH>7.3,其中，Y——壽命年限，年；R——電阻率，Ω.cm；pH——土壤的pH值。2010-08-07.烏魯木齊第四十五頁，共100頁。③使用壽命預估案例2010-08-07.烏魯木齊第四十六頁，共100頁。③使用壽命預估案例預測方法我國未建立金屬波紋管結構的防腐壽命預測方法。國際上通用的是采用美國鋼鐵學會方法。依據(jù)美國16個鋼波紋管標準鍍鋅610g/m2覆蓋層為基礎研究得出的。壽命年限可表示為下式：當pH<7.3,當pH>7.3,其中，Y——壽命年限，年；R——電阻率，Ω.cm；pH——土壤的pH值。2010-08-07.烏魯木齊第四十七頁，共100頁。③使用壽命預估案例擬采用的防腐方案波形板內外表面熱鍍鋅總量為1200g/m2項目鍍鋅量大于美國鋼鐵學會方法，所以采用美國鋼鐵學會方法預測偏保守。并且各噴涂200μm厚耐磨環(huán)氧樹脂以防腐根據(jù)相關資料介紹在熱鍍鋅基礎上覆蓋耐磨環(huán)氧樹脂后壽命增加30年以上（需要進一步科學研究）2010-08-07.烏魯木齊第四十八頁，共100頁。③使用壽命預估案例預測結果按AISI提供的610g/m2鍍鋅層預估方法可達到35~96年防腐壽命，在酸性環(huán)境下使用年限遠低于堿性環(huán)境。如果考慮1200g/m2的鍍鋅層+環(huán)氧樹脂的30年保護期，則按照AISI方法預測的結構壽命應接近或大于100年。土類電阻率R，Ω.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.烏魯木齊第四十九頁，共100頁。關鍵技術~防腐與使用條件防腐方案及技術要求國外防腐技術要求我國不同土壤的防腐要求產(chǎn)品防腐要求2010-08-07.烏魯木齊第五十頁，共100頁。①國外防腐技術要求美國鋼鐵學會AISI《ModernSewerDesign》(1999)：（1）金屬覆蓋層覆蓋鋅保護層：I型，鍍鋅覆蓋層質量為610g/m2，每面43μm。II型，1220g/m2，86μm。鋁涂層：I型、II型305g/m2，48μm。（2）非金屬的覆蓋層和涂裝瀝青涂層1.3mm，涂覆在管內部和外面。瀝青材料覆蓋層厚3.2mm。混凝土材料內部分覆蓋層75mm厚。聚合物瀝青材料覆蓋層厚1.3mm。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年服務壽命的增加期。2010-08-07.烏魯木齊第五十一頁，共100頁。①國外防腐技術要求美國材料學會ASTMA761/A761M-03要求：結構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和美國鋼鐵學會AISI共同出版的技術手冊《HandbookofSreelDrainage&HighwayconstructionProducts》(2002)要求：熱鍍鋅鋅層I型：兩面總量610g/m2(每面43μm厚)，(同AASHTOM36,ASTMA929/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/m2兩種標準。聯(lián)接套的附著量相同。韓國建設交通部《波形鋼板構造物設計及施工指南》熱鍍鋅鋼板鋅的附著量：兩面總量不低于900g/m2。2010-08-07.烏魯木齊第五十二頁，共100頁。②我國不同土壤的防腐要求我國公路鋼結構的防腐蝕要求GB/T18226-2000高速公路交通工程鋼構件防腐技術條件熱浸鍍鋅600g/m2，緊固件和連接件350g/m2高速公路交通安全設施設計與施工技術規(guī)范JTJ074-94、高速公路波形梁鋼護欄JT/T281-1995波形梁護欄鍍鋅量600g／m2；緊固件和錨固件350g／m2；2010-08-07.烏魯木齊第五十三頁，共100頁。②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86μm+熱涂瀝青層鍍鋅層厚86μm+熱涂瀝青層方案二弱腐蝕性<0.1其他地區(qū)、弱腐蝕鍍鋅層厚86μm+（聚合物）水泥砂漿***+熱涂瀝青層鍍鋅層厚86μm+（聚合物）水泥砂漿***+熱涂瀝青層方案三中等腐蝕性0.1～0.5中等腐蝕鍍鋅層厚86μm+涂層系統(tǒng)1+熱涂瀝青層鍍鋅層厚86μm+熱涂瀝青層方案四強腐蝕性>0.5一般地區(qū)、強腐蝕鍍鋅層厚86μm+涂層系統(tǒng)2+熱涂瀝青層鍍鋅層厚86μm+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86μm+涂層系統(tǒng)3+聚合物水泥砂漿鍍鋅層厚86μm+涂層系統(tǒng)3+熱涂瀝青層方案六山區(qū)沖刷嚴重地區(qū)鍍鋅層厚86μm+（聚合物）水泥砂漿***鍍鋅層厚86μm+熱涂瀝青層方案七鋼波紋管涵洞腐蝕層的更新或維護（1）涂層系統(tǒng)：底層：富鋅漆（無機或有機）厚75μm，面層：氧化橡膠漆、聚胺酯漆、丙烯酸樹酯漆、乙烯樹酯漆厚250μm或（2）噴涂鋅厚250μm。表4鋼波紋管涵洞不同場合推薦采用的防腐方案2010-08-07.烏魯木齊第五十四頁，共100頁。②我國不同土壤的防腐要求涂層系統(tǒng)及設計使用年限，參見《公路橋涵施工技術規(guī)范JTJ041-2000》鋼橋工地涂裝要求，可參考：《公路橋梁鋼結構防腐涂裝材料技術條件》JT/T722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.烏魯木齊第五十五頁，共100頁。③產(chǎn)品防腐要求采用低碳結構鋼加工出廠前應進行熱浸鍍鋅防腐處理，。熱浸鍍鋅質量單面附著量波紋鋼圓管、波紋鋼板件和管箍≥600g／m2螺栓、螺母≥350g／m2當采用熱浸鍍鋁、靜電噴涂等其他防腐方法代替鍍鋅時，應有試驗驗證資料，確保其防腐性能應不低于上述規(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量應不低于上述規(guī)定的要求。熱浸鍍鋅基礎上可采用涂裝或噴涂瀝青等非金屬覆蓋層。2010-08-07.烏魯木齊第五十六頁，共100頁。關鍵技術~防腐與使用條件使用條件適應范圍使用條件選用原則2010-08-07.烏魯木齊第五十七頁，共100頁。①適應范圍涵洞壽命周期和服務年限達到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年限如果達到100年完全可以適合高等級公路。通道、管道2010-08-07.烏魯木齊第五十八頁，共100頁。②使用條件相應波形必須具有足夠的壁厚，確保鋼波紋管結構在受荷時最大應力低于鋼結構的容許應力（或屈服應力）；鋼波紋管的防腐處理必須不低于防腐蝕推薦標準，以確保一定年限內鋼波紋管涵洞具有足夠的耐腐蝕能力，鋼板壁厚應適當考慮防腐富裕量；鋼波紋管應能夠承受標準荷載引起的變形，不致產(chǎn)生非線性破壞。2010-08-07.烏魯木齊第五十九頁，共100頁。③選用原則應遵循適用、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)護的原則。2010-08-07.烏魯木齊第六十頁，共100頁。③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；砂石資源缺乏地區(qū)及水泥、鋼材等運距較遠的邊遠地區(qū)；為加快施工進度、達到快速通車目的的應急搶險、救災等工程。2010-08-07.烏魯木齊第六十一頁，共100頁。③選用原則下列情況使用時應慎重使用：高速公路重要路段或維護困難路段。充分考慮其服務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，應根據(jù)施工工藝及施工后路堤不同土拱效應進行計算分析，確保涵洞受力安全。較大孔徑。2010-08-07.烏魯木齊第六十二頁，共100頁。關鍵技術~受力規(guī)律有限元分析規(guī)律現(xiàn)場涵洞、通道力學試驗規(guī)律2010-08-07.烏魯木齊第六十三頁，共100頁。①有限元分析~受力規(guī)律邊界：底面約束所有位移和扭轉自由度施加ALLDOF約束，管兩側立面施加水平位移約束UX，頂面施加荷載，其余面自由；對應于反開槽回填施工工藝。精度5%以內測點位置內側切向應變實測值（цε）邊界條件②計算值(цε)與實測值誤差(%)1510管頂管側管底110.5-139137.5111.98-138.19143.491.340.584.362010-08-07.烏魯木齊第六十四頁，共100頁。①有限元分析~受力規(guī)律規(guī)律1：小孔徑應力與填土高度的關系

管內切向與軸向應變、撓度和最大等效應力在恒載（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管涵的最大等效應力2010-08-07.烏魯木齊第六十五頁，共100頁。①有限元分析~受力規(guī)律規(guī)律2：關鍵點位切向、軸向呈拉壓交替變化

各管徑恒載、活載作用下管側（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、管側均為應力集中處。切向應變2010-08-07.烏魯木齊第六十六頁，共100頁。①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系及回歸公式；恒載

0.75m活載

0.75m2010-08-07.烏魯木齊第六十七頁，共100頁。①有限元分析~受力規(guī)律規(guī)律4：小孔徑最大等效應力位置、大小與管徑和填土高度的關系；

最大等效應力的對應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力均隨填土高度呈線性增長和乘冪減小

恒載0.75m活載0.75m2010-08-07.烏魯木齊第六十八頁，共100頁。①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力與壁厚t呈對數(shù)關系2010-08-07.烏魯木齊第六十九頁，共100頁。①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.烏魯木齊第七十頁，共100頁。①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R30r30L140H70mm（自主研發(fā)波形），壁厚分別為3～6mm；小波形為R30r30L75H25mm（國外常見波形），壁厚為2.77mm；管頂填土10m2010-08-07.烏魯木齊第七十一頁，共100頁。①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.烏魯木齊第七十二頁，共100頁。①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

切向薄膜應力、徑向薄膜應力、軸向薄膜應力、等效應力的分布規(guī)律；

切向薄膜應力>軸向薄膜應力>徑向薄膜應力等效應力控制設計；切向薄膜應力控制片狀拼裝螺栓的剪應力。軸向薄膜應力控制整體拼裝軸向螺栓的拉應力。切向薄膜應力，從管頂至管底，波峰與波谷截然不同的相反應力變化趨勢管頂：波峰為壓應力最大、波谷呈現(xiàn)拉應力最大；管側：波峰為壓應力最小、波谷呈現(xiàn)壓應力最大；管底：波峰為壓應力最大、波谷呈現(xiàn)拉應力最大；徑向薄膜應力，從管頂至管底，波峰與波谷截然不同；軸向薄膜應力，從管頂至管底，波峰與波谷、波側變化趨勢雷同；3m涵洞管頂填土3m，等效應力波峰在管底最大，波谷、波側在管側最大。6m涵洞管頂填土1m等效應力波峰在管底最大，波谷、波側在管側108°最大6米涵洞管頂填土1米和2米，最大應力均處于波峰180°、波側114°、波谷108°；均滿足強度和剛度要求。2010-08-07.烏魯木齊第七十三頁，共100頁。②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側切向、軸向應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內側切向應力（斷面1、5、9為波峰，斷面3、7為波谷）2010-08-07.烏魯木齊第七十四頁，共100頁。②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波峰拉壓拉壓2010-08-07.烏魯木齊第七十五頁，共100頁。②現(xiàn)場試驗~受力規(guī)律，3米孔徑規(guī)律1：填土（h＝0～D+10.9m）空載，路中切向應變

波峰112.5°處出現(xiàn)明顯的拉應變集中切向應變受填土層數(shù)影響變化較大，出現(xiàn)一定的波動性；管頂4米以上，各測點的切向應變受填土層數(shù)影響較??；波峰波側波谷2010-08-07.烏魯木齊第七十六頁，共100頁。②現(xiàn)場試驗~受力規(guī)律，3米孔徑規(guī)律2：填土（h＝0～D+10.9m）空載，路肩切向應變

填土2m后出現(xiàn)突變說明兩側填土對涵洞存在明顯的擠壓波峰135°處的拉應變集中遠高于在112.5°處的值第二次突變存在，波峰135°處拉應變D+4.0m明顯跳躍，之后居高；波峰波谷2010-08-07.烏魯木齊第七十七頁，共100頁。②現(xiàn)場試驗~受力規(guī)律，3米孔徑規(guī)律3：路基頂D+10.9m+壓路機波峰切向應變

管頂45°處內側切向壓應變增量最大，控制設計；2010-08-07.烏魯木齊第七十八頁，共100頁。②現(xiàn)場試驗~受力規(guī)律，3米孔徑規(guī)律4：路基頂D+10.9m+壓路機切向應變

壓路機移動，應變變化不大荷載作用在路中的應力影響最小波峰波谷2010-08-07.烏魯木齊第七十九頁，共100頁。②現(xiàn)場試驗~受力規(guī)律，3米孔徑規(guī)律5：路基頂D+10.9m+壓路機波谷切向應變

管頂22.5°處內側切向壓應變增量最大，控制設計；2010-08-07.烏魯木齊第八十頁，共100頁。②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變規(guī)律：管內填土內側切向、軸向波峰受壓，波谷受拉。

兩側及管頂填土后內側切向，波峰管頂0°拉應變且較大，之后逐漸減??；波谷上半部為受拉，中部為受壓；24°受拉集中，且隨填土增加，應變增幅增大。但內側軸向，對應測點波峰轉為受拉，波谷轉為受壓。波峰24°和112°、波谷48°軸向受拉集中。管頂填土1.5m時，壓路機對切向應變影響較小。2010-08-07.烏魯木齊第八十一頁，共100頁。②現(xiàn)場試驗~受力規(guī)律，6米孔徑在路基頂部h＝D+1.5m施加30T重車荷載后應變規(guī)律：內側切向應變，管上側部分波峰和波側總體受壓，波谷43.2°受拉集中（其余受壓）。內側軸向應變，波峰和波側、波谷，均是管頂0°應變最大。隨重車位置變化，應變的變化趨勢不變，但位置變化對應變大小有明顯影響；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，各個測點的應變變化均較?。ㄐ∮?0με），不影響結構穩(wěn)定。2010-08-07.烏魯木齊第八十二頁，共100頁。關鍵技術~結構設計技術國內外現(xiàn)有設計技術及適應性基于有限元模擬分析的結構設計軟件2010-08-07.烏魯木齊第八十三頁，共100頁。①國內外現(xiàn)有設計技術及適應性國外方法：ASTMA796壁厚及內力（強度）等確定方法可以采用容許強度方法（allowablestressdesign,簡稱ASD），也可以采用荷載-抗力系數(shù)法（loadandresistancefactordesign,簡稱D）美國公路橋梁設計規(guī)范荷載-抗力系數(shù)法美國鋼鐵學會AISI容許強度方法韓國公團容許強度方法2010-08-07.烏魯木齊第八十四頁，共100頁。①國內外現(xiàn)有設計技術及適應性國外方法分析：經(jīng)驗法，將管兩側處的環(huán)向壓力作為設計控制因素簡化為大剛度的鋼圓管，沒有隨波形的內力分布和重新分布我國與國外差異性荷載組合不同，我國標準高于美國波形差異大，其受力特征相差較大施工技術水平和受力也有差異國外方法在我國很難直接應用，不能盲目套用。2010-08-07.烏魯木齊第八十五頁，共100頁。①國內外現(xiàn)有設計技術及適應性國內其他行業(yè)方法：國內石油化工等行業(yè)主要采用美國膨脹節(jié)制作商協(xié)會標準（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量圓筒進行校核，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.烏魯木齊第八十六頁，共100頁。①國內外現(xiàn)有設計技術及適應性國內外其他行業(yè)方法：國內石油化工等行業(yè)主要采用美國膨脹節(jié)制作商協(xié)會標準（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量圓筒進行校核，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，由內壓產(chǎn)生的波紋管的周向薄膜應力來計算壁厚；也可按兩端固定均布荷載直梁用塑性理論，由內壓產(chǎn)生的波紋管徑向彎曲應力來計算壁厚。日本JISB8243壓力容器構造，按兩端固定均布荷載彈性直梁推導，由內壓產(chǎn)生的波紋管的徑向彎曲應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.烏魯木齊第八十七頁，