季凍區(qū)鋼波紋管涵洞溫度場(chǎng)分布與力學(xué)性能研究
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【摘要】：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(mǎn)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?xún)鐾恋貐^(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?chē)馏w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的邊界條件,對(duì)涵洞周?chē)馏w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(xiàn)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?chē)返痰牡販啬曜兓疃取?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(chē)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(chē)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(chē)后軸與管軸線(xiàn)的距離的不同而不同;涵管周?chē)馏w局部掏空會(huì)對(duì)整個(gè)管體的力學(xué)性能和變形帶來(lái)巨大影響,危及涵洞工程的結(jié)構(gòu)安全。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U449.831
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，本文編號(hào)：1154431
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