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，進行空間有限元仿真分析，探討施工過程中的控制要點。擬應用的涵洞為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行折減，結構中材料分別及計算模型如圖1所示。

三、計算結果

（1）恒載作用當涵洞頂周圍土均為砂土時，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，當考慮不良地基、不計管頂填土作用時，結構產生較大的豎向剛體位移，且管涵兩側土體位移大于管涵部分位移，這部分位移是土體自重產生的，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)域土體應力亦較大，可見荷載有較大部分經該區(qū)域傳遞；因此在施工中應對該區(qū)域充分進行壓實，以便傳遞荷載更順暢，減少變形。

四、結論

（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，故施工時應對填土進行分層填筑壓實，達到較高的壓實度，以減少變形。（2）在恒載作用下，結構產生較大的剛性位移，且波紋管兩側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)域的土體應力較大，且該區(qū)域的波紋管變形較大，因此，在施工中應加強該區(qū)域填土施工控制。

結語

鋼波紋管橋涵工程的推廣應用，不僅可以節(jié)約大量建設資金，而且可以縮短工期、實現(xiàn)橋涵小型構件設計和施工的標準化、生產的機械化和工廠化，其意義和影響是深遠的。因此，應當引起各級公路主管部門領導的充分重視，積極引進和開發(fā)鋼波紋管橋涵公路工程設計和施工的先進技術、材料和設備。本文關于多孔鋼波紋管涵在施工過程中的應用有限元分析也為同類公路工程實施提供參考。