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刘百来;姚德昊;梁养辉;张楠
【摘 要】When culvert is used in practical engineering,to avoid the insufficient or oversize camber settings,which lead to concave deformation or protruding,waterflow in culvert,pipe steel corroded and subgrade bearing capacity decreased,field experiment and numerical simulation are implemented to study the precamber turnes out:While the embankment height and corrugated pipe shape are unchanged,precamber gradually decreases with the increasing of the culvert diameter;When the embankment height changes,and other conditions keep consistent,precamber becomes increased gradually with the increase of height of upper filled soil on culvert pipe;The upper soil filled on culvert pipe plays more significant effects in culvert pipe precamber than culvert pipe diameter.%为了避开大路工程中投入使用的钢波浪管涵洞预拱度设置缺乏或者过大问题,防止消灭下凹或上凸变形,避开涵洞过水、通行不畅或发生积水、钢波浪管钢材腐蚀、路基承载力降低,:填土高度和涵管波浪外形等条件不变的状况下,预拱度随着涵管直径渐渐增大而减小;当填土高度发生变化,而其它条件不变的状况下,预拱度随涵管顶部填土高度的增加而增大;管顶填土高度对涵管预拱度影响显著大于涵管直径对预拱度的影响.
【期刊名称】《西安工业大学学报》
【年(卷),期】2025(036)010
【总页数】5 页(P806-810)
【关键词】钢波浪管;预拱度;涵洞;填土高度
【作 者】刘百来;姚德昊;梁养辉;张楠
【作者单位】西安工业大学 建筑工程学院,西安 710021;西安工业大学 建筑工程学院,西安 710021;中交第一大路勘察设计争论院,西安 710075;中交瑞通路桥养护科技,西安 710075
【正文语种】中 文
【中图分类】
钢波浪涵管是一种型构造形式，承受波浪状钢管或波浪状钢板通过连接、拼装而成，不仅具有优良适应根底变形的力量，而且自重轻、柔性、强度高、运输便利、施工简洁、造价低及对地基扰动小等优点[1].但在实际工程中投入使用的涵洞常存在预拱度设置缺乏，消灭下凹变形，导致涵洞过水不畅发生积水，使波浪管钢材受到腐蚀以及路基承载力降低等，、膨胀土和地基承载力较低的地区钢波浪管涵洞的应用具有肯定的优势，且其效果相对较好，故其具有较为广泛的应用前景[2-3].钢波浪管涵洞目前的争论主要集中在钢波浪管构造的防腐、钢波浪管涵洞的受力变形以及四周土体对波浪管涵洞的影响等方面，文献[4]对大路金属波浪管涵洞的防腐处理问题进展了争论；文献[5- 6]争论了钢波浪管涵洞的横向截面和轴向截面受力状况，并进展了变形分析；文献[7]对高填方涵洞受力特性进展了现场测试，承受有限元软件进展了数值模拟争论. ，其局部模型只涉及局部波长，为了更好的反映钢波浪管涵洞的整体受力变形规律，文中依据大路路基设计标准，承受有限元分析方法建立钢波浪
管涵洞足尺模型，进展涵管竖向位移分析，以探寻钢波浪管涵洞预拱度设置的规律.
江西省万载县至宜春市高速大路起于万载县城以西 km 的万上线(万载-上栗)大路，途经万载县的马步乡、袁州区的柏木乡及三阳镇，工程终点是在与沪昆高速相交处，设置枢纽互通后与地方道路明月山机场 A 线相接，路线全长 ，构造物较多，涵洞较多，局部涵洞填土高.
以江西宜春到万载高速大路的 5
纹板逐个拼装而成，承受热浸镀锌防腐，该工程 5 个依托工程为
CK0+243 位置处的长为 m，直径为∅ 5 m 的过人通道；
K28+620 位置处的长为 m，直径为∅ 6 m 的过人通道；
K140+220 位置处的长为 m，直径为∅ 6 m 的过人通道；
MRK33+240 位置处的长为 m，直径为∅ 5 m 的过人通道；
MRK33+490 位置处的长为 m，直径
试验所用仪器有水准仪、水准尺、
，每块波浪钢板长为 m，现承受数取波浪钢板的个数来确定管涵的总长度，并通过用皮尺实测初步核实.
4 块波浪钢板为模数确定测点截面，.
，将每个测点所测高程进展记录.
依《大路路基设计标准》(JTG D30-2025)[8]中对边坡坡度之规定，选取两种边坡坡度进展有限元模拟计算(1∶(路堤填土 0～8 m)和 1∶(路堤填土 8～20 m)).
钢波浪管承受壳单元 shell63，涵洞外围土体承受六面体 8 个节点三维实体单元
solid45，为了满足网格划分和计算精度，在回填根底和土体之间建立过渡层，过
渡层单元类型选用单元 solid95， 200 mm×53 mm×55 mm 和 150 mm×50 mm×28 mm，壁厚为 7 1 所示，H 表示波高，L 表示波长，R ，将波浪管涵模型等效为钢管涵模型用以模拟分析，等效厚度分别为
mm 和 mm.
依据现场实测和查阅相关标准，数值模拟时实行的材料属性参数见表 1.
，在确定好模型尺寸和单元类型后，，经反复模拟与实测比照，确定以下边界条件：土体底部施加 ALL DOF 约束，涵管两侧土体边界面施加 UX 约束.
在争论钢波浪管涵洞预拱度设置时，其预拱度不但与填土高度、涵管管径及边坡划分有关外，.
模型取管顶填土高度为 15 m、涵管直径为 2 m、涵管长为 69 m、4 10，20，30，40，50，60，70，80，90，100 m 的不同模型进展计算模拟，找出涵管竖向位移随底部填土厚度变化的规律，确定最正确的底部填土厚度.
经过计算数据整理，将涵管两端以及涵管中点处的位移量列于表 2，计算出相对竖向位移，结果见表 2，相对竖向位移指管中与管两端的竖向位移差值.
从表 2 可以得到，涵管两端与管中的竖向位移随着管底土体厚度的增加而增大， 涵管管底土体厚度从 10 m 增加到 70 m 时， 90～100 m 时，涵管相对竖向位移趋于平稳.
鉴于以上计算结果及数据分析，管底土体厚度取值为 90 m 时较为合理，这一结论
在其它模型中已得到验证，故将文中涉及到的涵洞模型管底土体厚度设置为管顶填
土高度的 6 倍即可.
由于现场试验全过程是人为操作， 3 道涵洞用以室内模拟比照分析，在运用大型有限元分析软件建立涵洞模型，比照分析涵洞相对竖向位移沿轴向的变化，经过与现场试验数据进展比照分析，现场试验与室内数值模拟的平均误差在 5%以内，现场试验与模拟涵顶相对竖向位移沿轴向变化相互符合变化趋势，则可用上述模拟方法来模拟钢波浪管涵预拱度设置规律.
对于钢波浪管直径的选取，由实际工程中消灭的 2，3，4，5，6，7 m 直径的钢波浪管为例，根底材料为砂砾，依据涵管直径、波形和填土高度的不同，将争论模
型分为 4 、F 组模型涵管径向尺寸为 2，3，4，5，6，7 m，填土为 15 、H 组模型涵管径向尺寸为 2，3，4，5，6，7 m，填土为 25 、F、G、H4 组
模型参数见表 3.
由于文中涉及模型较多，选取 E1 模型为代表进展分析，剩余模型分析与此类
模型建立过程承受全部参数如下：涵管直径为 2 m，管顶填土高度为 15 m， 涵管波形为 150 mm×50 mm×28 mm，壁厚为 7 mm，涵管长度为 69 m，路
面为双向 4 1∶(路堤填土 0～8 m)和 1∶(路堤填土 8～20 m)，土体模型长 69 m，宽 30 m，高 106 m.
建立涵洞模型、涵洞及土体网格划分图如图 2 所示，涵管的竖向位移计算结果云图如图 3 所示.
提取涵洞的竖向位移计算值，沿着涵洞轴线方向每隔 5 m 取一个横截面，涵洞竖向位移随横截面位置变化曲线如图 4 所示.
从图 4 中得到结论为
由于涵管受上部土体压力，在涵洞中部截面 m 处，涵顶相对沉降量略大于
涵底相对沉降量；
涵顶的最大相对沉降量略大于涵底的最大相对沉降量，以涵顶中点 m 处的竖向位移来争论涵洞预拱度的设置规律.
管涵中部 m 处的横截面与两端点的相对沉降为 9 m.
预拱度设置为 4%.按此方法将剩余模型进展建模和计算， 4.
在填土高度等条件肯定的状况下，随涵管管径渐渐增大时，.
填土高度等条件肯定的状况下，预拱度设置值随着涵管直径的增大而渐渐减小， 大壁厚模型涵管的预拱度设置值比小壁厚略小.
对模型进展回归分析，得到了钢波浪管涵预拱度设置规律，即管顶填土高度为15 m 时，预拱度和涵管直径呈一次线性相关；管顶填土高度为 25 m 时，预拱度和涵管直径呈二次线性相关.
管顶填土高度增加时，涵管的预拱度明显增大；，涵管的预拱度设置随着涵管直径增大而减小， 预拱度随着波长和波高的增大渐渐减小.
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