文档介绍：分类号:TU4
10710-2009021005
博士学位论文
公路钢波纹管涵洞受力与变形特性
及应用研究
乌延玲
导师姓名职称冯忠居教授
申请学位级别博士学科专业名称岩土工程
论文提交日期 2012 年 6 月论文答辩日期 2012 年 6 月 8 日
学位授予单位长安大学
2
Force Deformation Characteristic and Its Application
of Corrugated Steel Pipe Culvert of Highway
A Dissertation Submitted for the Degree of Doctor
Candidate:Wu Yanling
Supervisor:Prof. Feng Zhongju
Chang’an University, Xi’an, China
摘要
针对钢波纹管涵洞在公路工程使用中设计理论与方法存在的问题,论文结合
工程实际,采用理论分析、现场试验和室内模拟试验,研究了钢波纹管涵洞的受
力与变形特性及其设计计算方法、施工技术与质量控制标准。主要成果如下:
1. 通过现场试验,研究了钢波纹管涵洞的受力与变形特性,分析了钢波纹
管涵洞在不同填土高度和行车荷载作用下的受力与变形规律;探明了钢波纹管涵
洞在不同填土高度作用下管顶及其正交位置为受力与变形最不利;提出高填土情
况下以涵洞顶部土压力控制设计。
2. 采用自主研发的与实际路基涵洞埋设条件相似的大型室内模拟试验平
台,研究了管径、填土高度等因素变化时钢波纹管涵洞受力与变形特性;弄清了
相同钢波纹管设计参数情况下直径小于 75cm 和大于 75cm 在填土荷载作用下受
力与变形的本质区别;推断了不同管径随填土荷载增加最先发生破坏的可能性位
置。
3. 基于数值仿真方法,分析了填土高度、管径、地基土模量及波纹参数变
化时的受力与变形特性及其变化规律;地基土模量变化时涵顶竖向土压力变化
大;管顶填土高度大于 5m 时可忽略车辆荷载。将数值计算结果分别与室内模拟
试验和现场试验成果进行了对比分析,确定了埋设条件、地形条件、填土土性和
施工方法等因素对钢波纹管受力与变形特性的影响。
4. 采用弹性理论,考虑涵洞的埋设条件、波纹壁厚等因素,建立了钢波纹
管涵洞在填土荷载作用下的变形计算公式,分析讨论了公式的工程应用,并与室
内模拟试验、现场试验、数值计算等分析成果进行了对比分析,结果表明与数值
计算成果吻合较好,该公式为钢波纹管涵洞设计提供了理论依据。
5. 提出了钢波纹管涵洞的设计计算方法以及可供实际工程参考的波纹设计
技术参数,克服了现有钢波纹管涵洞单一尺寸用于任何工程条件存在的技术缺
陷;建立了公路钢波纹管涵洞的施工质量控制标准并提出合理的施工工艺,为该
i
技术的相关技术规范的制定与广泛应用奠定了基础。
论文研究成果解决了目前公路建设中钢波纹管涵洞工程应用中的技术难点,
具有重要的理论与工程实用价值,推广应用前景广阔。
关键词:公路工程;钢波纹管涵洞;现场试验;模拟试验;数值仿真;
受力与变形特性;波纹参数;设计技术
ii
Abstract
In view of the factors in design theory and method of corrugated steel pipe
culvert that is now in service in highway engineering. This article that bined
with the engineering practice adopted theoretical analysis, field test and simulation
test, studied force deformation characteristic of corrugated steel pipe culvert and its
design calculation methods, construction technology, and quality control standards.
The main results were shown as the following:
1. Stress deformation characteristic of the corrugated steel pipe