鋼波紋管材料強度指標及其特性

普通涵洞材料通常為石料、混凝土等，其強度主要由石料及混凝土的抗壓強度、鋼筋抗拉強度和石料之間的咬合或混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)力提供，受材料力學性能、施工環(huán)境、養(yǎng)護等因素影響較大。在受到上部填土荷載后，由涵洞結(jié)構(gòu)直接承擔，少量荷載分散給涵洞周圍土體，故對涵洞材料的強度要求較高。工程實際中，由于受力不合理，不少涵洞破裂，產(chǎn)生大變形，嚴重的會坍陷并中斷交通。

一、鋼波紋管材料強度指標

如上節(jié)所述，在Q235鋼材受拉曲線中，出現(xiàn)了比例極限、屈服極限(屈服強度)O,和強度極限(抗拉強度) o,如圖2-1所示。在彈性階段內(nèi)A點是應(yīng)力與應(yīng)變成正比即符合胡克定律的最高限，即E=o,/E, E為彈性模量(MPa)， ε為材料應(yīng)變;在屈服階段，B上點是這一階段的應(yīng)力最高點，稱為屈服上限，Br點稱為屈服下限，其強度稱為屈服強度σ。(MPa); 在強化階段，C點是該階段最高點，即該點應(yīng)力稱為強度極限On(MPa);鋼材試驗力學性能見表2-2。

鋼材的屈強比n反映鋼材的可靠性和利用率，即n=o/o。屈強比小時，鋼材的可靠性大，結(jié)構(gòu)安全。但屈強比過小，則鋼材有效利用率太低，可能造成浪費。故在實際中應(yīng)合理選用屈強比，在保證安全可靠的前提下，盡量提高鋼材的利用率。

二、鋼波紋管材料強度特性

由鋼板在酒身軸向方向形成波形，正是由于軸向波紋的存在，最大限度地調(diào)整和分散了由地基不均勻變形等原因產(chǎn)生的集中應(yīng)力。鋼波紋管涵洞的受力方式與我國古代的雙曲拱橋相似，波紋在定范圍內(nèi)可 以改變應(yīng)力的方向，使得局部應(yīng)力減小， 起到分散作用。根據(jù)對鋼波紋管管壁的剛度分析，單位面積的鋼波紋管的慣性矩、剖面模數(shù)、回轉(zhuǎn)半徑大大超過了平板，在一定板厚范圍內(nèi)的鋼波紋管涵洞的抗彎能力與抗壓能力比等面積的平板都要高出數(shù)倍，如圖2-2所示。

鋼波紋管通洞是波形鋼板經(jīng)特殊加工而成的，在豎向荷載作用下，斷面會發(fā)生微小變化。通過與周圍土體的相互作用，鋼波紋管有效地將荷載分散到周國土體，形成土體和涵管結(jié)構(gòu)相互作用體系，共同承擔荷載;而荷載作用在剛性圓管涵上時，其形狀不易發(fā)生變化，荷載大部分由涵管及基礎(chǔ)底部土體承擔。柔性鋼波紋管涵洞底部壓力明顯比剛性鋼筋混凝土圓管涵底部壓力小得多，受基礎(chǔ)的變形的影響更小，而且其微小變化使其周圍環(huán)向壓力更均勻，如圖2-3所示。由于涵管底部壓力較小，故不必對其基礎(chǔ)進行特殊處理。所以，從承載力極限狀態(tài)設(shè)計角度考慮，鋼波紋管涵洞結(jié)構(gòu)對地基t的要求不高，不需要大量地換填不良地基土或修筑較深的圬工基礎(chǔ)，可以減少基坑開挖，有利于涵洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，節(jié)省工程造價。

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