季凍區(qū)鋼波紋管涵洞溫度場(chǎng)分布與力學(xué)性能研究.pdf

1、涵洞是公路工程中重要的結(jié)構(gòu)組成部分，鋼波紋管具有優(yōu)良的變形性能，能夠滿足因地基不均勻變形對(duì)涵洞結(jié)構(gòu)應(yīng)力的特殊需要。在季節(jié)性凍土地區(qū)，使用鋼波紋管涵洞利于涵洞結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。故本文以鶴大高速K694+633處鋼波紋管涵洞為依托工程，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和ANSYS有限元軟件研究季凍區(qū)鋼波紋管涵洞及周圍土體的溫度場(chǎng)分布，同時(shí)對(duì)管體自身的力學(xué)性能與變形特征進(jìn)行研究，從而為設(shè)計(jì)和施工提供參考資料，主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:
　　(1)對(duì)吉林省東南部

2、鶴大高速K694+633處的鋼波紋管涵洞進(jìn)行溫度與應(yīng)變現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果表明管頂?shù)耐馏w溫度低于管側(cè)與管底的土體溫度，隨著氣溫的逐漸降低，管頂土層將優(yōu)先進(jìn)入不穩(wěn)定凍結(jié)階段;應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果表明波峰與波谷的切向應(yīng)變?cè)谙嗤苤芙嵌忍幈憩F(xiàn)為拉壓大致相互交替，波峰、波谷與波側(cè)處的最大切向拉壓應(yīng)變出現(xiàn)于不同管周角度位置處。
　　(2)以現(xiàn)場(chǎng)工程為仿真對(duì)象，采用ANSYS有限元軟件建立數(shù)值分析模型，以焓法為控制方程且基于附面層理論施加模型熱分析

3、的邊界條件，對(duì)涵洞周圍土體的非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明不同凍融階段的時(shí)間分布規(guī)律，隨氣溫的變化，淺層土體的溫度隨時(shí)間的變化曲線呈現(xiàn)正余弦函數(shù)變化規(guī)律，深層土體溫度受到氣溫變化的影響較小，土體中溫度的傳遞具有滯后性，涵洞中心底面下土體的地溫年變化深度約為4m，最大凍結(jié)深度約為1.2m，年平均地溫約10℃左右，并且涵洞的修建增加了周圍路堤的地溫年變化深度。
　　(3)運(yùn)用ANSYS有限元軟件建立結(jié)構(gòu)分析數(shù)值模型，基于涵洞施工中

4、應(yīng)用的反開(kāi)槽回填法，對(duì)應(yīng)施加模型邊界條件，研究鋼波紋管在溫度荷載、土體重力、汽車荷載以及土顆粒流失作用下的力學(xué)性能與變形特征，研究結(jié)果表明從當(dāng)年11月至翌年2月，管底土體的豎向與軸向凍脹量隨時(shí)間的推移逐漸增大，管中心土體的豎向凍脹量小于管口土體的豎向凍脹量;隨管身位置與管周角度的不同，波峰、波谷與波側(cè)處的等效應(yīng)力及位移分布均不相同;汽車駛向涵管的過(guò)程中，管體不同位置與管周不同角度的應(yīng)變值隨汽車后軸與管軸線的距離的不同而不同;涵管周圍土體