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高填路基深埋双孔钢波纹管涵承载特性及减载措施研究
| 论文题名： | 高填路基深埋双孔钢波纹管涵承载特性及减载措施研究 |
| 关键词： | 高填路基;钢波纹管涵;双孔结构;承载机制;变形特性 |
| 摘要： | 我国西部地区，黄土丘陵、深沟及山间河谷分布广泛。在筑路工程中，高填路基是通过此类地貌时的主要形式之一。为满足排水或通行要求，需在高填方体相应位置设置涵洞。钢波纹管具有良好的变形协调作用，常用作深厚填筑体的横向排水结构物。对于双孔近距钢波纹管涵，涵-土相互作用将比单孔涵洞更为复杂。本文以实际工程为背景，通过现场测试和数值模拟，对深埋双孔钢波纹管涵的承载特性开展了深入研究，揭示了双孔钢波纹管涵的承载机制，建立了适用于双孔钢波纹管涵受荷变形的计算理论，并提出了具体的减载措施。本文的主要工作及研究成果有以下几部分。 （1）依托工程实例，测试双孔钢波纹管涵涵顶平面垂直土压力分布规律，基于实际工况，建立数值计算模型，分析了双孔钢波纹管涵涵顶平面垂直土压力及涵周径向土压力分布规律，探讨了管涵应力分布及变形形态，并与单孔管涵进行对比，对特定工况下双孔钢波纹管涵的承载特性进行分析。结果表明：双孔钢波纹管涵的相互作用有利于降低管涵的应力水平，约束管涵的变形，进而提高管涵的承载性能。 （2）为分析不同工况下双孔钢波纹管涵的一般承载特性，选取管涵间距、填土模量及基础形式3个影响因素进行研究。随管涵间距增大，管涵之间变形抑制作用逐渐减弱，并逐渐转变为单孔管涵的承载形式；填土模量的提高有助于约束管涵变形，降低管涵应力水平，提高其承载性能；刚性基础对管涵的变形约束作用强，却易引起应力集中，柔性且具有良好变形协调性能的灰土基础，应力集中不明显，且当基础圆心角较大时，可有效约束管涵变形，是较为理想的基础选型。 （3）基于经典的Spangler理论，对单孔柔性管涵荷载分布模型进行了修正，基于等效刚度换算原则将钢波纹板平板化，建立了单孔钢波纹管涵受力变形计算理论；分析了双孔钢波纹管涵涵间距L=0及L=∞时的两种极限状态的荷载分布及受力变形计算理论，提出了临界涵间距Lcr的概念，并给出了相应的计算方法，随后建立了考虑涵间距影响的双孔钢波纹管涵水平变形的近似解法。将本文公式与Spangler理论及数值计算结果进行对比，其结果较为吻合。 （4）结合双孔钢波纹管涵的承载特征，提出对应的减载措施并进行验证。数值计算结果表明：在涵顶铺设高压缩性EPS板可有效降低管涵的应力水平，是一种行之有效的减载措施。随EPS板厚度的增大，减载效果愈加显著，但应考虑路-涵过渡不平顺的问题，而增大EPS板宽度会削弱减载效果。 |
| 作者： | 李景茂 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 王旭;牛亚强;张瑢 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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