波纹钢形状与拱效应对加固盖板涵承载力的影响

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.220748

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2024, Vol. 52 ›› Issue (1): 110-118.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.220748

波纹钢形状与拱效应对加固盖板涵承载力的影响

李百建¹^,² 黄炎¹ 符锌砂¹

^1.华南理工大学土木与交通学院, 广东广州 510640
^2.广州市建筑科学研究院集团有限公司结构研究一所, 广东广州 510440

收稿日期:2022-11-15 出版日期:2024-01-25 发布日期:2023-03-30
通信作者: 符锌砂（1955-），男，教授，博士生导师，主要从事道路相关理论研究。 E-mail:fuxinsha@163.com
作者简介:李百建（1987-），男，博士后，讲师，主要从事钢波纹板结构研究。E-mail:bjian＿li@163.com
基金资助:
国家自然科学基金青年科学基金资助项目(52108142)

Influence of Shapes of Corrugated Steel Plate on Load-Carrying Capacity of Reinforced Concrete Slab Culvert and Arch Effect with Lateral Restraint

LI Baijian¹^,² HUANG Yan¹ FU Xinsha¹

^1.School of Civil Engineering and Transportation，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China
^2.The 1st Structural Engineering Institute，Guangzhou Institute of Building Science Group Co. ，Ltd. ，Guangzhou 510440，Guangdong，China

Received:2022-11-15 Online:2024-01-25 Published:2023-03-30
Contact: 符锌砂（1955-），男，教授，博士生导师，主要从事道路相关理论研究。 E-mail:fuxinsha@163.com
About author:李百建（1987-），男，博士后，讲师，主要从事钢波纹板结构研究。E-mail:bjian＿li@163.com
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China for Youths(52108142)

摘要/Abstract

摘要：

为了探索波纹钢形状对加固盖板涵承载力的影响及填充混凝土的拱效应形成机制，采用室内试验与数值分析相结合的研究方法，以一个室内模型试验结果为基准，建立了72个箱形、圆弧及其之间的过渡形状的波纹钢加固盖板涵的数值模型，探明了加固体系承载力随波纹钢形状参数的变化规律；基于合理拱轴的概念，探明了填充混凝土的拱效应形成机理，并采用5个数值模型进行了验证。结果表明：拱腋半径保持不变时，加固体系的承载力随着拱顶、侧墙半径的增加而减小；拱顶、侧墙半径不变时，加固体系的承载力随着拱腋半径的增加而增大；提升加固体系承载力最有效的方式是增加拱腋半径，其次是减小拱顶和侧墙半径；填充混凝土的拱效应与荷载类型有关，当波纹钢的形状能保持拱轴连续并且在素混凝土刚性角以内时，加固体系的承载力最高。在设计波纹钢加固盖板涵结构时，应根据实际工程需要综合考虑波纹钢形状与填充混凝土的拱效应，尽量避免紧贴原盖板涵的加固设计。

关键词: 道路工程, 钢筋混凝土盖板涵, 波纹钢加固, 数值分析, 拱效应判别

Abstract:

To explore the influence of the shape of corrugated steel plate (CSP) on the reinforced concrete (RC) slab culvert rehabilitated with grouted CSP, and the discrimination of arch effect of grout, this paper established 72 numerical models of the rehabilitated system with box, arc and transition shapes of CSPs by combining laboratory test with numerical analysis, based on the laboratory experimental results. The variation law of the load-carrying capacity of the rehabilitated system changed with the shape parameters of CSPs was ascertained. In addition, based on the concept of reasonable arch axis, the formation mechanism of arch effect of grout was also ascertained and verified by five numerical models. The results indicate that, when the radius of the haunch of CSP remained constant, the load-carrying capacity of the rehabilitated system increases upon decreasing of the radius of side walls and crown; when the side walls and crown of CSP remained constant, the load-carrying capacity of the rehabilitated system increases with the increase of the radius of the arch haunches; the most effective way to improve the load-carrying capacity of the rehabilitated system is to increase the radius of the haunches, followed by reducing the radius of the vault and side wall. The arch effect of grout was related to the load types. When the shape of CSP can keep the arch axis continuous and within the rigid angle of grout, the load-carrying capacity of the rehabilitated system is the highest. The structural design of the RC slab culvert rehabilitated with CSP should comprehensively consider the shapes of CSP and the arch effect of grout according to the actual needs of the project, and try to avoid the rehabilitation design close to the original RC slab culvert as far as possible.

Key words: road engineering, reinforced concrete slab culvert, rehabilitation with corrugated steel plate, numerical analysis, discrimination of arch effect

中图分类号:

U446.2

李百建, 黄炎, 符锌砂. 波纹钢形状与拱效应对加固盖板涵承载力的影响[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2024, 52(1): 110-118.

LI Baijian, HUANG Yan, FU Xinsha. Influence of Shapes of Corrugated Steel Plate on Load-Carrying Capacity of Reinforced Concrete Slab Culvert and Arch Effect with Lateral Restraint[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2024, 52(1): 110-118.

图/表 11

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参考文献 22

1	AASHTO ．AASHTO LRFD bridge design specifications［M］．5th ed．Washington D C：American Association of State Highway and Transportation Officials，2010.
2	Canadian Standards Association ． Canadian highway bridge design code：CAN/CSA-S6-06 ［S］．Mississauga：Canadian Standards Association International，2006.
3	Corrugated Steel Pipe Institute ．Handbook of steel drainage & highway construction products［M］．2nd Canadian ed．Cambridge：American Iron and Steel Institute，2007.
4	ASTM International ． Standard guide for insertion of flexible polyethylene pipe into existing sewers：［S］．West Conshohocken：ASTM International，2016.
5	陈超．钢波纹管涵加固技术在高速公路中的应用［J］．山西建筑，2016，42（17）：142-143.
	CHEN Chao ．On consolidation of steel corrugated pipe culvert on expressways［J］．Shanxi Architecture，2006，42（17）：142-143.
6	尚培培．既有重载铁路病害涵洞波纹板加固技术［J］．铁道建筑，2017，57（8）：50-53.
	SHANG Peipei ．Defect culvert reinforcement technology using corrugated plate on existing heavy haul railway［J］．Railway Engineering，2017，57（8）：50-53.
7	王志宏．波纹钢管涵洞在公路建设中的应用［J］．山西建筑，2012，38（25）：186-188.
	WANG Zhi-hong ．On Application of corrugated steel pipe culvert in road construction［J］．Shanxi Architecture，2012，38（25）：186-188.
8	VASLESTAD J， MADAJ A， JANUSZ L，et al ．Field measurements of old brick culvert slip lined with corrugated steel culvert［C］∥ Proceedings of the 83rd Annual Meeting of the Transportation-Research-Board．California：National Research Council，2004：227-234.
9	VASLESTAD J， MADAJ A， JANUSZ L ．Field measurements of long-span corrugated steel culvert replacing corroded concrete bridge［J］．Transportation Research Record，2002，1814：164-170.
10	贺文涛，刘保东，撖刚，等．波纹钢-混凝土组合结构在桥梁加固改造中的应用研究［J］．工程抗震与加固改造，2019，41（1）：104-111.
	HE Wen-tao， LIU Bao-dong， HAN Gang，et al ．Research of corrugated steel plate and concrete composite structure in bridge reinforcement and reconstruction［J］．Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting，2019，41（1）：104-111.
11	LI B J， FU W Q， HE Y T，et al ．Experimental investigation of an RC slab culvert rehabilitated with grouted CSPs［J］．Advances in Civil Engineering，2021，2021：6655980/1-10.
12	SMITH T， HOULT N A， MOORE I D ．Role of grout strength and liners on the performance of slip-lined pipes［J］．Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice，2015，6（4）：04015007/1-8.
13	TETREAULT J， MOORE I D， HOULT N A ．Laboratory study on effect of grout choice on culvert rehabilitation using sliplining［J］．Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice，2020，11（1）：04019044/1-13.
14	LI B J， ZHU L S， FU X S ．Influence of grout strength and residual deformation on performance of rehabilitated RC pipes［J］．Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice，2020，11（2）：04020003/1-10.
15	GARCIA D B， MOORE I D ．Performance of deteriorated corrugated steel culverts rehabilitated with sprayed-on cementitious liners subjected to surface loads［J］．Tunnelling and Underground Space Technology，2015，47：222-232.
16	李百建，朱良生，李勇，等．小波形波纹钢加固混凝土管涵的试验研究［J］．华南理工大学学报（自然科学版），2020，48（2）：58-68.
	LI Baijian， ZHU Liangsheng， LI Yong，et al ．Experimental investigation on concrete pipe culvert reinforced by small corrugated steel pipes［J］．Journal of South China University of Technology （Natural Science Edition），2020，48（2）：58-68.
17	李百建，李勇，朱良生，等．波纹钢管加固不同破损程度混凝土管涵试验［J］．中国公路学报，2020，33（1）：62-68.
	LI Bai-jian， LI Yong， ZHU Liang-sheng，et al ．Experiment on reinforced concrete pipes with different deteriorated levels rehabilitated with corrugated steel pipes［J］．China Journal of Highway and Transport，2020，33（1）：62-68.
18	ABAQUS ．ABAQUS theory manual［M］．Providence：Dassault Systèmes Simulia Corp，2011.
19	刘诚，聂鑫，汪家继，等．混凝土宏观本构模型研究进展［J］．建筑结构学报，2022，43（1）：29-41.
	LIU Cheng， NIE Xin， WANG Jiaji，et al ．State-of-the-art of macroscopic constitutive models of concrete［J］．Journal of Building Structures，2022，43（1）：29-41.
20	中华人民共和国建设部. 混凝土结构设计规范：［S］．北京：中国建筑工业出版社，2010.
21	American Concrete Institute ． Building code requirements for structural concrete：ACI 318-19 ［S］．Far-mington Hills：American Concrete Institute，2019.
22	公路桥涵设计手册编写组．拱桥（上册）［M］．北京：人民交通出版社，1984.

[1]	杨永红, 唐祖德, 王醇, 等. 公路转弯段线形指标对混凝土护栏安全性能的影响[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2024, 52(1): 90-99.
[2]	毛雪松, 王悦月, 吴谦, 等. 渗流作用下多级配土石混合填料的结构演化规律[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(2): 65-75.
[3]	于斌, 张钰钦, 王羽尘, 等. 基于车载激光点云的道路几何信息自动化提取[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(2): 88-99.
[4]	杨静雷, 孙寒冰, 李晓文, 等. 刚性气封局部气垫双体船波浪运动数值分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(9): 69-77.
[5]	张驰, 任士鹏, 王博, 等. 长大下坡路段货车运行速度特性及预测[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(3): 38-49.
[6]	付国志, 韦金城, 赵延庆, 等. 沥青路面结构的动态效应对验收弯沉值的影响[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(4): 90-96.
[7]	魏丽敏, 李双龙, 杜猛, 等. 基于CEL法的静压管桩挤土效应数值分析[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(4): 28-38.
[8]	陈乾鹏, 冀宏, 赵晶, 等. 内嵌微小热电偶的液压阀口温度分布实验及数值分析[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(2): 120-130.
[9]	罗毅张翔郭馨艳. 湿热环境下预应力 CFRP 加固 RC 梁疲劳性能数值分析[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(10): 70-77.
[10]	艾长发, 黄杨权, 罗柳芬, 等. 基于 ISS ＆ SSDR 的沥青路面层间疲劳寿命外因素综合影响预估#br#[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2020, 48(5): 58-66,74.
[11]	张驰, 胡涛, 林宣财, 等. 高速公路连续长下坡路段大型货车专用缓速车道研究 [J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2020, 48(4): 104-113.
[12]	寇淑清修亭亭金文明赵勇姚娟. 后桥主减速器壳体轴承座材料裂解性能数值分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2019, 47(7): 121-127,135.
[13]	李百建朱良生符锌砂李勇. 两种内衬加固混凝土管涵的力学性能[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2019, 47(6): 101-107.
[14]	朱江鸿韩淑娴童艳梅李燕余荣光张虎元. 干湿循环对不同密度砂岩强度劣化的影响[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2019, 47(3): 126-134.
[15]	张驰侯宇迪秦际涵张宏. 基于制动毂温升的连续下坡安全设计方法[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2019, 47(10): 139-150.

波纹钢形状与拱效应对加固盖板涵承载力的影响

Influence of Shapes of Corrugated Steel Plate on Load-Carrying Capacity of Reinforced Concrete Slab Culvert and Arch Effect with Lateral Restraint

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