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高等级公路钢筋砼圆管涵受力状态研究与试验

关于高等级公路钢筋混凝土圆管涵的受力状态研究，主要关注的是该结构在不同载荷条件下的应力分布及强度表现。圆管涵是一种广泛应用于道路工程中，尤其是地下排水、雨水排放等场景下的重要构造物。这类构造物通常由钢筋混凝土制成，并且以圆形截面设计，以确保其能够有效地承受外部压力同时保持良好的透水性。

研究通常通过理论分析与实验测试相结合的方法进行。理论分析可能包括静力分析和动力分析，前者用于评估静态载荷下结构的稳定性；后者则考虑了地震等动态因素的影响。此外，还可能会运用有限元方法来模拟不同条件下圆管涵内部应力分布情况，以便于更精确地预测其实际工作状态。

整体而言，这类研究不仅有助于提升高等级公路建设中地下排水设施的设计水平和施工质量，同时也为应对未来可能出现的极端天气或自然灾害提供了必要的技术保障。通过深入研究钢筋混凝土圆管涵的受力状态及其优化设计方法，可以有效延长其使用寿命并降低维护成本，从而更好地服务于道路交通运输系统的发展需求。

涵施工过程中的关键技术与工艺。

工程监理收费计算器关键词：桥梁工程；圆管涵；受力；研究；试验

据全国195条公路资料统计，小桥涵洞投资约占公路总投资的20%左右，其投资额约为大、中桥的三倍，因而小桥涵洞的质量直接关系着整条公路的使用性能[1]。但经调查全国几条高速公路的涵洞使用状况，存在圆涵洞不同程度开裂现象，严重者已影响到构造物的正常使用。本文对正在建设中的某条高速公路选取φ1.5m钢筋砼圆管涵进行了结构理论分析，并进行了抽样静载试验，理论分析与静载试验结果证明涵管周边填土密实度直接关系到钢筋砼圆管的正常使用。

1 钢筋砼圆管涵结构计算

1.1结构计算模型的建立原则与要点

1.1.1考虑到钢筋砼圆管涵受力较为复杂，本次计算将钢筋砼圆管涵建立成三维有限元模型进行计算分析（见图1所示）；

1.2.2为了能精确分析钢筋砼圆管涵的实际受力状况，计算中将砼管身采用三维八节点实体单元，并引入9个单元内部自由度的不协调位移模式[2]。纵向钢筋采用杆元素在其真实方位上模拟；

1.2.3对于钢筋砼圆管涵中的螺旋钢筋，本身具有纵向与周向双重受力作用，考虑我们所要分析的涵管受力情况来说，其沿管身纵向受力作用不明显，主要为承受周向应力作用，为便于建模，本次计算将螺旋筋按螺距模拟成圆环状杆元素；

1.2.4对于圆管涵周边土壤支持力，采用弹性杆元素模拟。为了能分析出涵管的真实受力状况，根据实际受力状态，分别考虑圆管中心以上为竖向荷载与法向荷载两种状况进行分析；

1.2.5为能提高计算精度，在几何形状上尽可能的反映结构物（钢筋砼圆管涵）的真实情况，结构离散过程中，将节点离散得较密集。

1.2.6根据φ1.5m圆管涵不同的填土高度、不同的配筋形式，将φ1.5m圆管涵建成3个不同的模型，每个模型又分为设计荷载工况、试验荷载工况，并在设计荷载工况计算中分别考虑管中心以上为竖向荷载作用和法向荷载作用两种情况，不考虑土壤与砼圆管壁间的摩擦力的影响；

1.2.7当设计填土厚≤6m时，考虑活载作用（按照等代土层法计算），不考虑汽车－超20级、挂车－120两者荷载对管节产生的应力差，当填土厚＞6m时，不计活载的作用。

根据建立的空间模型，采用有限元计算程序SAP91进行计算，计算结果见表1所示。

钢筋砼圆管涵设计荷载作用下结果一览表 表1

a.钢筋砼圆管涵结构离散图 b.圆管涵钢筋模拟图

图1 钢筋圆管涵结构离散图

2.1试验目的、测试项目及测点布置

为能进一步研究分析钢筋砼圆管涵真实受力状态与受力性能，了解其受力规律，验证结构受力状

态与设计理论的相符性，特选取φ1.5m，填土高分别为≤4m、≤6m、≤8m各一节进行荷载试验。试验采用等效加载的模式进行加载，即在圆管涵管顶加一线形分布荷载，使控制截面产生的效应与设计控制效应相当（测点及试验加载布置详见图2所示）。

试验中分别对结构物控制截面的最大应力、变形及裂缝的出现与发展进行了测试。经计算，圆管涵管顶加载值见表2所示。

φ1.5m钢筋砼圆管涵试验加载值一览表 表2

2.2.1填土高6＜H≤8m钢筋砼圆管涵试验数据分析。

φ1.5m填土高6＜H≤8m圆管涵试验数据分析表 表3

2.2.2填土高4＜H≤6m钢筋砼圆管涵试验数据分析。

φ1.5m填土高4＜H≤6m圆管涵试验数据分析表 表4

2.2.3填土高0.5＜H≤4m钢筋砼圆管涵试验数据分析。

φ1.5m填土高0.5＜H≤4m圆管涵试验数据分析表 表5

2.2.4试验荷载作用下裂缝情况分析

对试验过程中三管节进行裂缝跟踪观察，其结果详见表6。

试验管节裂缝情况一览表 表6

2.3试验数据分析与结论

2.3.1根据空间有限元结构分析结果可看出：φ1.5m钢筋砼圆管涵在设计的受力状态下符合使用要求。

2.3.2从试验数据分析结果可看出：

(1)在加载力Ps较小时，实测值均较小，分析主要为支承塑性变形以及加载方式等引起，但整体上实测值在砼开裂前均基本符合线性变形；

(2)本次试验的3根管节的实测值与理论值均符合性较好（大部分实测值均小于理论值），个别点实测值大于理论值，经分析其产生原因主要为：该试验管节砼表面不平整，加载时受力不均而产生。

给排水软件消火栓流量压力计算(3)建议进一步加强钢筋砼圆管涵的预制质量和采取措施确保圆管涵的施工安装质量。

根据圆管涵计算结果可看出：若圆管涵外包填土达到要求的密实度时，即涵管中心以上填土压力接近法向受力的情况下，φ1.5m钢筋砼圆管涵使用性能好，施工时若涵顶及两侧填土不密实，接近竖向荷载受力时，钢筋砼圆管涵（φ1.5m）在设计荷载作用下最不利截面砼拉应力超过规范[3]允许值，而产生裂缝。因此，建议施工中应严格按照《规范》要求进行，并特别注意以下几点：

①切实加强钢筋砼圆管涵的预制质量，确保圆管涵的壁厚、砼强度及配筋率达到设计要求；

②钢筋砼圆管涵吊装过程中应注意吊点位置正确，并注意轻拿轻放，以免损伤钢筋砼圆管涵。

③管涵基底应按设计要求铺设，必须注意平整，砂砾垫层必须均匀、密实。当地基土质较差，地基容许承载力小于管基基底应力的应采取换土措施，其换土深度由计算确定。如涵洞处于软土路段，应待地基处理（包括预压）完毕后再挖开路基进行涵洞施工，并与之连通，对于此类涵洞，还应按施工后沉降量的一半设置预拱度。

④涵洞顶上及洞身两侧在不小于两倍孔径范围的填土要分层对称夯实，压实度在95%以上。涵洞顶填土厚0.5m～1.0m时，管顶路基及管身两侧，在不小于两倍孔径范围内，应用含灰量9%的石灰土每10cm一层，分层夯实，使密度达到石灰土最佳含水量的90%，或用天然级配砂石保持最佳含水量每10cm一层，分层夯实，相对密度应达到95%。

stp保温板屋面及外墙保温施工技术方案[1]孙家驷编《公路小桥涵勘测设计》；

[2]《有限元计算程序SAP91使用说明》；