一、工程概況
本文選取某高速公路工程項目多孔鋼波紋管涵的施工安裝，進(jìn)行空間有限元仿真分析，探討施工過程中的控制要點。擬應(yīng)用的涵洞為2孔直徑為6.5m的鋼波紋管，壁厚為4.5mm，波距為400mm，波高為150mm，波峰和波谷半徑為90mm，鋼材采用Q345。
二、建立計算模型
鋼波紋管簡化為板單元，涵洞外圍土體采用六面體8節(jié)點三維實體單元，土體通過共用節(jié)點的形式與鋼波紋管連接。為使計算更符合實際情況，波紋管周圍采用不同的土體；考慮到實際施工，對波紋管周圍砂土材料特性進(jìn)行折減，結(jié)構(gòu)中材料分別及計算模型如圖1所示。
三、計算結(jié)果
（1）恒載作用當(dāng)涵洞頂周圍土均為砂土?xí)r，在填土恒載作用下，分別取土體彈性模量為20MPa、30MPa、40MPa和50MPa，土體重度為20kN/m3，計算鋼波紋管的最大變形。當(dāng)土體彈性模量取不同值時，波紋管變形隨之變化；計算表明，隨著土體彈性模量的增加，拱頂最大位移呈線性減小趨勢。恒載計算還表明，當(dāng)考慮不良地基、不計管頂填土作用時，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的豎向剛體位移，且管涵兩側(cè)土體位移大于管涵部分位移，這部分位移是土體自重產(chǎn)生的，與施工階段分層填筑過程相吻合。（2）活載作用考慮不同土體，不計填土作用；參考《公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范》（JTGD60-2004）中的車輛荷載（總重55t）模擬活載作用，按照規(guī)范進(jìn)行布載，并將車輛后軸車輪作用到管涵頂部，以得到最大變形。在上述車輛荷載作用下結(jié)果顯示，波紋管最大位移出現(xiàn)在拱頂附近，為12.08mm。波紋管等效應(yīng)力較小，最大僅為14.0MPa。由圖3計算圖示，波紋管底部楔形區(qū)域變形較大，且該區(qū)域土體應(yīng)力亦較大，可見荷載有較大部分經(jīng)該區(qū)域傳遞；因此在施工中應(yīng)對該區(qū)域充分進(jìn)行壓實，以便傳遞荷載更順暢，減少變形。
四、結(jié)論
（1）填土壓實度在一定程度上能夠反映彈性模量，即壓實度越大彈性模量越高，而波紋管的變形隨填土彈性模量的增加而減少，故施工時應(yīng)對填土進(jìn)行分層填筑壓實，達(dá)到較高的壓實度，以減少變形。（2）在恒載作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的剛性位移，且波紋管兩側(cè)土體位移大于波紋管的位移；由于該部分位移主要是整體位移，又是施工階段的恒載產(chǎn)生的，表明施工恒載對鋼波紋管的影響很小。（3）考慮不良地基影響，在活載作用下，波紋管最大應(yīng)力僅為14MPa，最大豎向變形為12.08mm，可見波紋管的變形起主要控制作用。（4）底部楔形區(qū)域的土體應(yīng)力較大，且該區(qū)域的波紋管變形較大，因此，在施工中應(yīng)加強(qiáng)該區(qū)域填土施工控制。
結(jié)語
鋼波紋管橋涵工程的推廣應(yīng)用，不僅可以節(jié)約大量建設(shè)資金，而且可以縮短工期、實現(xiàn)橋涵小型構(gòu)件設(shè)計和施工的標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)的機(jī)械化和工廠化，其意義和影響是深遠(yuǎn)的。因此，應(yīng)當(dāng)引起各級公路主管部門領(lǐng)導(dǎo)的充分重視，積極引進(jìn)和開發(fā)鋼波紋管橋涵公路工程設(shè)計和施工的先進(jìn)技術(shù)、材料和設(shè)備。本文關(guān)于多孔鋼波紋管涵在施工過程中的應(yīng)用有限元分析也為同類公路工程實施提供參考。
