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公路波纹钢结构涵洞设计要点问与答

来源:钢结构工程技术浏览数:124

波纹钢结构涵洞因其独特的优势在公路工程中广泛应用,特别在南方地区,有取代传统混凝土结构涵洞的发展趋势,而较多的设计工程师对波纹钢结构涵洞认识不足,小编梳理总结了公路波纹钢结构涵洞设计控制要点,以供参考。


1问:公路波纹钢结构涵洞设计流程是怎样的?

见图1。

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图1 公路波纹钢结构涵洞设计流程图


2问:公路波纹钢结构涵洞的断面形式有哪些?

波纹钢结构涵洞横断面形式分为闭合断面、开口断面。闭合断面形式有圆形、椭圆形、管拱形、梨形等;开口断面形式有圆弧拱,箱形拱。如图2所示。

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图2-2 开口横断面

3问:开口横断面形式的波纹钢结构涵洞与混凝土基础怎么连接?

波纹钢结构拱脚处与混凝土基础或圬工基础采用预埋型钢通过高强螺栓连接,如图3所示。

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图3 波纹钢结构拱体与砼基础的连接

4问:波纹钢结构可以组装拼装成多种断面形式,工程需要的跨径、矢高或者管拱形的顶部、边部、底部半径,如何得到?

请自行翻阅《冷弯波纹钢管》(GB/T 34567-2017),可依据国标提供的相关尺寸进行设计选用。

5问:波纹钢结构涵洞有三种孔径,设计的时候怎么取用?

因为波纹钢具有波纹轮廓线,在钢管的径向有三个尺寸,分别是内径(波纹管波谷)、外径(波纹管波峰)、中径(内径+半个波高),涵洞设计中的孔径或跨径指的是波形钢管的内径;结构计算一般采用有效跨径、有效矢高,以中轴计算;如果用作桥涵隧道加固设计,切记要用外径哦。

6问:最困扰我们设计人员的问题之一是涵顶填土高度、最小填土高度,两者什么关系?

波纹钢结构涵洞顶部填土高度指从路表面至钢管的波纹轮廓中轴的填土高度,包括路面面层。

波纹钢结构涵洞顶部最小填土高度是为保持波纹钢结构涵洞结构处于稳定状态,涵顶必须保有的填土高度。对于水泥混凝路面是包括路面面层,也就是从路表面开始计算;沥青混凝土路面是不包括路面面层,是从面层底部或从基层顶部开始计算。

设计过程中,涵顶最小填土高度是通过结构计算或模拟分析确定,其与跨径有很大关系。一般情况涵顶填土高度大于最小填土高度。具体见图4所示。

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图4 涵顶填土高度(H)和涵顶最小填土高度(Hmin)

举例:假设孔径3m孔径波纹管涵,其最小填土高度要达到0.6m,对于10cm沥青面层的柔性路面,设计控制填土高度宜大于(0.6+0.1+0.5波高)m;对于刚性路面,其设计控制填土高度宜大于(0.6+0.5波高)m。

7问:工程实际没有办法保证波纹钢桥涵的最小填土高度,该怎么办?

不能确保涵顶最小填土高度,可采用混凝土、钢材制成的加固厚平板或土木纤维加固材料等措施,经过计算分析并通过专家论证后确定减载方案。

8问:波纹钢涵洞的结构计算怎么做啊?

简单的方法——可翻阅中交一公院主编的中交集团企业规范《公路波纹钢涵洞设计规范》(Q/CCC GL102-2017),里面除了提供了计算方法,还很暖心的给出了不同孔径、不同填土高度,建议选用的波形以及最小填土高度和最大填土高度参考值,省了你很多力气呦。

复杂的方法——学习后自行计算。国外参考AISI方法(美国钢铁协会)、ASTM A 796方法(美国材料协会)、AASHTO方法(美国公路桥梁设计规范)、CHBDC方法(加拿大公路桥梁设计规范)、韩国公团设计方法等。国内参考内蒙地标《公路波纹钢管(板)桥涵设计与施工规范》(DB 15/T 654-2013)

懒惰的方法——主动联系我们呦。

9问:波纹钢涵洞的波形参数截面特征值怎么获得呀,据说结构计算非用这些参数不可啊?

波形不同,厚度不同,波纹钢管(板)的截面特征值不同,结构计算需要截面积A、惯性矩I、回转半径r、截面模量W等截面特征参数,自行查阅《冷弯波纹钢管》(GB/T 34567-2017)附录C。

10问:波纹钢结构涵洞洞身是否需要设置沉降缝?

当然NO!波纹钢结构涵洞是柔性结构,其管身波纹管节、管板通过法兰、高强螺栓组拼在一起,搭接缝以及螺栓位置处要用防水耐候胶进行密封处理。

11问:波纹钢结构涵洞洞口和洞身结合部除常规圬工结构,是不是可以加工成波纹钢结构?

当然YSE!

波纹钢结构包括削竹式、半削竹式、直管或直管延长式、簸箕式等。洞口附近或周围宜采用防护措施。还有波纹钢结构一字墙、八字墙呢。

12问:结构回填区域设计要注意哪些?

一是回填范围。可参考《公路涵洞设计细则》(JTG/T D65-04-2007)第8.1.6条的相关规定。二是回填材料。一般采用砾类土、砂类土,也可采用砂砾、卵石与细粒土的混合料。

不同地区回填材料和范围的设计应有不同,南方多雨潮湿,回填材料细颗粒的含量不宜过多,以防流失,掏空回填区导致涵洞结构失稳。

13问:最后一个问题,我国有没有行业标准指导波纹钢结构涵洞的设计与施工?

目前没有,不过中交一公院申请的《公路波纹钢结构涵洞设计与施工技术规范》于2019年7月通过交通运输部立项申请,预计两年后发布,一起期待吧。

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