板厚与波高对波纹钢管涵受力性能影响分析

唐 杨，王国炜，安 海，亓兴军

(1.五峰土家族自治县农村公路管理所，湖北 宜昌 443413；2.济南金衢公路勘察设计研究有限公司，山东 济南 250101；3.国网西藏电力有限公司昌都供电公司，西藏 昌都 854000；4.山东建筑大学 交通工程学院，山东 济南 250101)

波纹钢管涵具有抗变形能力强、施工时间短、造价低廉、建材环保等优点[1]，在特殊岩土地质区、交通不便的山区、冻融循环显著的高寒地区得到了广泛的应用[2-3]，同时在桥涵加固[4-5]和应急抢修[6]中表现突出。

通过查阅相关文献发现，波纹钢管涵的研究主要集中在特殊岩土地质区的应用[7]、力学性能的测试[8]、有限元仿真分析[9-12]和施工工艺优化[13]等几个方面，而对波纹钢板的结构参数对波纹钢管涵受力性能的影响研究较少。

根据相关规范建立波纹钢管涵的有限元模型，考虑到波纹钢独特的力学特性[14-16]，通过改变波纹钢板的结构参数建立多个对比模型，研究其结构参数对波纹钢管涵受力性能的影响。

1 分析思路

1.1 分析模型

根据《公路桥涵用波形钢板》(JT/T 710—2008)[17]，选用其中的F波型建立波纹钢板的几何模型，F波型的波距为400 mm，波深为180 mm(波高为90 mm)，半径为90 mm，板厚为6 mm。波纹钢管涵的有限元模型采用Midas FEA建立。波纹钢管涵的几何模型包含2.5个波形，结构尺寸如图1所示，将波形旋转即可得到波纹钢管涵的几何模型，旋转半径为0.5 m，得到的波纹钢管涵的跨度为1 m。

图1 波形钢板结构尺寸(单位：mm)

钢板的本构模型设置为弹性模型，弹性模量为210 GPa，容重为78.5 kN/m3，泊松比为0.3。土体的本构模型设置为摩尔-库伦模型，弹性模量为81 MPa，容重为19.3 kN/m3，泊松比为0.25，黏聚力为118 kPa，摩擦角为22°，剪膨胀角为0°。……