覆土鋼波紋管涵由于其施工便捷、綠色環(huán)保以及適用范圍廣等優(yōu)點,在我國已得到迅速的推廣與應(yīng)用,也開展了很多研究工作,但對于該結(jié)構(gòu)長期受力性能和耐久性方面研究相對較少。隨著覆土鋼波紋管涵服役期的增長,為了保障公路交通安全,有必要對其長期受力性能及耐久性進行研究。

對比分析不同線形管涵的受力特點以及土-結(jié)相互作用演變規(guī)律;以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),建立三維有限元模型模擬施工回填過程及地基長期固結(jié)沉降對兩座管涵的受力性能影響;隨后,通過采用現(xiàn)場埋片試驗與鹽霧加速腐蝕試驗相結(jié)合的方法,對位于鹽漬土地區(qū)的鋼波紋管涵進行耐腐蝕壽命預(yù)測及防腐設(shè)計方案的研究。得出的主要結(jié)論如下:

(1)圓管涵和管拱涵在施工回填過程中的變化趨勢基本一致,受兩側(cè)土體壓實作用呈現(xiàn)出先上拱后逐漸下?lián)系内厔?這種土-結(jié)相互作用有利于管涵承擔較大的上部土體及行車荷載,對管涵的長期受力有利。管拱涵橫向水平剛度較大,使其在回填過程中的變形比圓管涵小,而水平土壓力比圓管涵大。

(2)隨著時間的推移,兩座管涵在運營期間的豎直土壓力和水平土壓力逐漸趨于平緩,同時管頂豎直土壓力小于管頂外側(cè)豎直土壓力,表明管涵在運營過程中上部土體產(chǎn)生的正土拱效應(yīng)有所增加,使兩側(cè)土體承擔部分管頂荷載,從而使管涵受力逐漸向有利的方向發(fā)展。在沉降作用下,圓管涵比管拱涵的適應(yīng)變形能力強。

(3)采用ABAQUS建立考慮側(cè)向壓力系數(shù)的三維有限元模型對分層回填過程進行模擬,通過有限元計算值與實測值對比,可以看出有限元計算值與實測值的變化趨勢基本吻合,證明對土體施加考慮側(cè)向壓力系數(shù)的地應(yīng)力平衡方法可以有效地模擬施工過程中土體對管涵產(chǎn)生的水平方向約束。

(4)通過對現(xiàn)場埋片試驗與鹽霧腐蝕試驗數(shù)據(jù)的冪函數(shù)擬合,基于灰色關(guān)聯(lián)度分析法建立腐蝕壽命預(yù)測模型,并采用估計材料使用壽命方法(EMSL)對管涵耐腐蝕壽命進行預(yù)測,預(yù)測得出此類結(jié)構(gòu)在鹽漬土地區(qū)的耐久性壽命在53年以上。進行了不同涂層類型的防腐效果對比,進而提出適用于鹽漬土地區(qū)的防腐設(shè)計方案。