[发明专利]高填方钢波纹管涵洞垂直土压力计算方法及变形计算方法

摘要

本发明公开了一种高填方钢波纹管涵垂直土压力计算方法及变形计算方法，在考虑钢波纹管竖向收敛变形的基础上，从管顶平面内外土柱沉降入手，提出了未采取减荷技术的钢波纹管涵垂直土压力计算方法、采取减荷技术时的钢波纹管涵垂直土压力计算方法及管涵竖向收敛变形计算方法。本发明可为高填方下常规填土或采取减荷措施后的钢波纹管涵设计提供土压力计算方法，同时也提供了管涵竖向收敛变形计算方法，土压力与变形计算结果与实际情况较为一致，计算方法填补了国内外在该领域的空白。本发明提出的减荷设计方法，可有效减小涵顶垂直土压力，防止管涵结构产生大变形，同时保护涵洞结构安全与稳定性。

主权项

1.高填方钢波纹管涵洞垂直土压力计算方法，其特征在于：包括未采取减荷技术和采取减荷技术的高填方钢波纹管涵垂直土压力计算，所述的减荷技术为通过在涵顶平铺柔性减荷材料EPS板的方式进行减荷，具体分为以下两种涵顶垂直土压力计算公式：1)涵顶未采取减荷技术情况下的垂直土压力σv计算公式式中:σv‑管涵顶垂直土压力，kPa；r0‑钢波纹管涵半径，kN/m3；h‑钢波纹管涵结构突出地面高度，m；h＝D＝2r0；D‑钢波纹管涵的直径，其中D＝2r₀，A为管涵外形横截面面积；η‑钢波纹管涵的外形影响系数，γ‑填土重度，kN/m3；H‑涵顶填土高度，m；μ‑填土的泊松比；ωc‑与钢波纹管涵长宽比L/D1有关的系数，可查表获得，如表1；L‑为钢波纹管涵长度，m；E‑涵顶填土的变形模量，MPa；其中E_s0为填土的压缩模量，MPa，可通过公路工程土工试验规程试验得到；α为填土模量的增加角，亦可通过室内压缩试验获得；E_h‑涵侧填土的变形模量，MPa；其中E_s0为填土的压缩模量，MPa，可通过公路工程土工试验规程试验得到；Eh＝Eh0+γ(H+r0)×tanα，α为填土模量的增加角，亦可通过室内压缩试验获得；E′_p‑经钢波纹管材料弹性模量换算后的参数，MPa；其中E_p为钢波纹管材料弹性模量，MPa；μ_p为钢波纹管材料的泊松比；I_c‑钢波纹板结构的惯性矩，mm⁴/mm；由公式计算或查材料参数表得到，计算公式如下：其中，波形参数包括：波长L_c，mm；波高T，mm；直线段长度T_L，mm；波峰与波谷半径R，mm；圆弧角度θ，度；圆心偏离X轴距离d，mm；板厚t，mm；K_v‑管涵垂直土压力系数，Kd‑管涵基床系数，可通过查表获得，如表3；Kc‑管涵侧土抗力系数，可通过查表获得，如表2；表1 ωc值表2 管侧土抗力系数Kcβ/(°)4050608090K_c0.0550.0610.0660.0690.070表3 基床系数Kdα/(°)0153045607590K_d0.110.1080.1030.0960.0890.0850.0832)在涵顶采取减荷技术情况下的垂直土压力σv计算公式：式中：hf‑涵顶柔性减荷材料EPS板的铺设厚度，m；Ef‑涵顶柔性减荷材料EPS板的变形模量，MPa；可通过室内压缩试验得到；其余符号的含义参见公式(1)。