钢波纹管设计计算书.docx

精选 精选 K26+140 变更钢波纹管结构验算 工程情况：钢波纹管涵洞，波形300mm*110mm；直径 D=3.0m；厚度 t=4mm；填土高度 H=8.41m;材质 Q345 荷载计算 设计荷载主要考虑管顶以上填土高度恒载和行车荷载的综合作用，恒载用DL 表示，动载 用 LL 表示，总荷载用P 表示。 V a. 土体荷载 DL: DL ? ? H =20KN/m3*8.41m=168.2KN/m2 b. 车辆荷载 LL: LL=2.63 KN/m2 c. 对于覆土高度H大于等于管直径D的情况，总荷载对涵管的作用有所减小，需要对总荷载进行折减，折减后的荷载可以通过总荷载乘以荷载系数K来变换得到，荷载折减系数取值如图2所示。 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6  y=9E-0.6x4-0.0032x3+0.4222x2 -24.775x+546.91 R2=0.9987 65 70 75 80 85 90 95 100 图 2 压实度与荷载系数K 的关系图 压实度和荷载系数之间有着紧密的联系，当覆土高度大于或者等于涵管的直径（跨径） 时，恒载和活载的总荷载与填土压实度的关系可以用荷载系数 K 来联系。实际工程中一般采用 90%的压实度，对应的荷载系数取0.75。即： 当 H ? D 时P V ? K (DL ? LL) ，因此： P ? K (DL ? LL) =0.75*（168.2KN/m2+2.63 KN/m2）=128.1KN/m2 V 环向压力 为适应管材管壁受到径向压力下产生的变形，管结构必须有足够的强度。为防止管材产 生屈服、弯曲或裂缝，根据管壁受到的径向压力，可确定出管壁的应力，并将其与容许值相 比较。管壁应力的容许值一般是由室内破坏性试验获得。波纹管所能承受的总压力P 的选 V 取要考虑波纹管的抗变形能力，按实际工程的要求选择合理压实度，以确定钢波纹管的环向设计压力。 由于涵洞的受力是轴向对称的，可以采用上半部来分析受力情况。管壁上的推力(称为环向压力)由钢材承担，方向与管壁相切，数值上等于管壁的径向应力乘以管半径。对常规 的管拱结构，顶部接近半圆，可采用跨径的一半代替半径。作用于管面的应力P V 和波纹管 环向压力C 之间的关系为： C ? P V ? D / 2 =128.1KN/m2*3.0m/2=192.18KN/m 极限应力计算 对于钢波纹管涵洞，当回填土体的压实度达到90%的压实标准时，最小屈服应力为 310MPa，极限压应力 f b 与 Dr 有如下关系： 当 Dr ? 294 时，管壁区的极限应力为： fb=310 当294 ? D r ? 500 时，管壁区的极限应力为： f ? 275 ? 0.00058?D r ?2 b 当 D r ? 500 时，管壁区的极限应力为： f ? 3.4?107 ?D r ?2 b 式中： D 为波纹管涵的直径； r 为波纹管涵的截面回转半径。 结合本工程实际情况，涵管 D=3.0m；波纹形状300mm*110mm 壁厚为 4mm 的钢波纹管管取r =38.86mm，即 D r =3000/38.86=77.2＜294，故取 fb=310MPa。 当取安全系数为2时，极限应力的计算值为： f c 波纹管涵强度校核 ? f 2 =310/2 MPa=155MPa=1550 kg/cm2 b 根据设计要求，必须使得设计应力P c 即 ≦ f ，而环向压力C 和设计应力P c c 有如下关系， PC=C/A=192.18/0.524=366.761550Kg/cm2 故采用波形300mm*110mm，直径 D=3.0m，厚度 t=4mm 的钢波纹管涵洞在8.41m填土高度公路—I 级荷载作用下能够满足截面强度要求。 施工刚度 考虑到钢波纹管涵制作和安装的方便，在无支撑时不至于产生较大变形，波纹管结构需 要达到一定的刚度要求。根据实际经验可得，柔度系数FF一般与波形的组合以及金属层厚 度有关，采用柔度系数FF 能够对各种波形和不同厚度组合的波纹管结构产生有效的控制。 可以用式来表示其相关关系： FF ? D2 / EI 本工程中采用波形 300*110mm，直径 D=3.0m，厚度 t=4mm 的钢波纹管涵洞， I=7911.51 mm4/mm，E 取 20×104 kg/cm2。根据设计与施工要求，须满足：FF ≦0.114， 则 FF=D2/(E*I)=30002/(20×104×7911.51)=0.00570.114 本工程中波纹管能够符合施工的刚度要求。