钢波纹管设计计算书.doc

精品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Q3451. 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，恒载用表示，动载用表示，总荷载用表示。a. 土体荷载DL: =20KN/m3*8.41m=168.2KN/m2b. 车辆荷载LL: LL=2.63 KN/m2c. 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。图2 压实度与荷载系数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：当时，因此：=0.75*（168.2KN/m2+2.63 KN/m2）=128.1KN/m22. 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的选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。作用于管面的应力和波纹管环向压力之间的关系为：=128.1KN/m2*3.0m/2=192.18KN/m3. 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，极限压应力与有如下关系：当时，管壁区的极限应力为：fb=310当时，管壁区的极限应力为： 当时，管壁区的极限应力为：式中：为波纹管涵的直径；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=38.86mm，即=3000/38.86=77.2294，故取fb=310MPa。当取安全系数为2时，极限应力的计算值为：=310/2 MPa=155MPa=1550 kg/cm24. 波纹管涵强度校核 根据设计要求，必须使得设计应力，而环向压力和设计应力有如下关系，即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。5. 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： 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20104 kg/cm2。根据设计与施工要求，须满足：0.114，则FF=D2/(E*I)