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     金屬波紋涵管的設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行力學(xué)計(jì)算的前提假設(shè)為：不考慮波紋管的搭接頭，設(shè)波紋管沿周向是均勻、連續(xù)、光滑的，然而金屬波紋涵管實(shí)際施工過程中是采用片狀波紋板，并利用高強(qiáng)螺栓連接拼裝起來的，由于金屬波紋涵管的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工的這一對矛盾的存在，決定了金屬波紋涵管安裝施工的關(guān)鍵是金屬波紋板材的環(huán)向連接和軸向連接的強(qiáng)度能否與不考慮搭接頭的整體波紋涵管的強(qiáng)度相一致，根據(jù)金屬波紋涵管的受力特性及傳力特點(diǎn)，結(jié)合有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)規(guī)范，分析鋼波紋管涵螺栓設(shè)計(jì)要點(diǎn)為：
　　(1)螺栓的預(yù)緊力；
　　(2)螺栓的選型；
　　(3)螺栓孔的分布(孔徑大小、孔間距、邊距值、孔位置的布列)；
　　以上三方面是確保拼裝后的鋼波紋涵管與設(shè)計(jì)的鋼質(zhì)波紋涵管的整體受力特性及整體剛度相一致的關(guān)鍵。
　　2.1螺栓預(yù)緊力的工作原理
　　根據(jù)前蘇聯(lián)E.и.別列尼亞主編的《金屬結(jié)構(gòu)》1988年8月第一版關(guān)于高強(qiáng)螺栓工作原理的描述表明：“高強(qiáng)螺栓達(dá)到很大的預(yù)緊力，將連接構(gòu)件緊密拉牢，保證連接成為整體，當(dāng)這樣的連接作用剪力時(shí)，被連接件間產(chǎn)生摩擦力，阻止這些構(gòu)件彼此間相對剪移。這樣，高強(qiáng)螺栓本身受軸向拉力，能保證靠被連接件之間的摩擦力傳遞剪力。”結(jié)合螺栓連接的工作過程原理：“第一階段，當(dāng)被連接構(gòu)件的摩擦力尚未被克服時(shí)，螺栓本身不受剪力而僅受拉力，整個(gè)連接彈性工作，用高強(qiáng)螺栓的耐剪連接就是這樣工作。外剪力增大，內(nèi)摩擦力被克服，并進(jìn)入第二階段，即整個(gè)連接剪移了由孔表面到螺栓桿之間的縫隙量。第三階段，剪切基本上靠孔表面對螺栓桿壓力來傳遞；螺栓桿及孔邊逐漸擠壓；螺栓彎曲、受拉，因?yàn)槁菟�頭和螺帽阻礙螺桿自由彎曲。漸漸連接的緊密性破壞，摩擦力減小，連接進(jìn)入第四工作階段，即彈塑性階段。連接因螺栓剪切、被連接件之一擠壓和穿破或者螺栓頭拉掉而破壞”。
　　因此，金屬波紋涵管在拼裝過程中高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊力是高強(qiáng)螺栓靠摩擦力傳遞剪力的根本保證，只有高強(qiáng)螺栓達(dá)到足夠的預(yù)緊力，才能使得被連接件(波紋板)產(chǎn)生足夠大的摩擦力滿足波紋管在荷載作用下產(chǎn)生的剪力的要求。如果摩擦力過小，則被連接件的摩擦力被克服，高強(qiáng)螺栓迅速進(jìn)入第二、三、四工作階段，使得螺栓或被連接件(波紋板)受損破壞。
　　2.2螺栓預(yù)緊力的理論依據(jù)
　　由于柔性涵洞管與地基之間的相互作用十分復(fù)雜，目前雖然已有考慮到地基塑性變形、極限平衡的計(jì)算理論，但涉及到的土體參數(shù)較多、計(jì)算復(fù)雜，不便于工程應(yīng)用。因此，可以從工程設(shè)計(jì)的角度用有限元分析的方法根據(jù)鋼波紋涵管參數(shù)(管道形狀、幾何尺寸、截面幾何形狀、彈性模量、泊松比、管頂至路面的距離)、土體參數(shù)(容重、彈性模量、內(nèi)摩擦角)、車輛荷載參數(shù)(設(shè)計(jì)荷載、驗(yàn)算荷載、荷載分布角)等，將波紋管采用殼體單元，土體采用實(shí)體單元，選取半個(gè)波紋按對稱條件，利用美國MacNeal-Schwendler公司的大型商用有限元計(jì)算程序NASTRAN計(jì)算出鋼質(zhì)波紋管的各項(xiàng)應(yīng)力：
　�、�、波峰應(yīng)力σf
　�、�、波谷應(yīng)力σg
　　③、剪應(yīng)力τ
　　根據(jù)波峰、波谷應(yīng)力可以計(jì)算出鋼質(zhì)波紋管的：
　�、�、薄膜應(yīng)力σn=(of+σg)/2
　�、凇�彎曲應(yīng)力σw=(σf-σg)/2
　　根據(jù)鋼質(zhì)波紋管的薄膜應(yīng)力(σn)和剪應(yīng)力(τ)可以計(jì)算出螺栓的剪力Q：
　�、佟�環(huán)向正壓力=N=σn×A
　�、�、橫剪力=Qh=×A
　�、�、合剪力Q=(N+Qh)1/2
　　其中----A為高強(qiáng)螺栓的與構(gòu)件的接觸面面積
　　2.3螺栓預(yù)緊力的計(jì)算
　　根據(jù)《德國鋼結(jié)構(gòu)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)010》1974年1月版關(guān)于高強(qiáng)螺栓摩擦連接(GV連接)的計(jì)算方法：在摩擦連接中，當(dāng)螺栓孔的間隙為lmm時(shí)，每根螺栓的預(yù)拉力：
　　Pv=υ×NGV/μ
　　式中Pv--------表示每根螺栓的預(yù)拉力；
　　υ---------表示抗滑安全系數(shù)；
　　μ---------表示接觸面的摩擦系數(shù)；
　　NGV-------表示一根螺栓一個(gè)摩擦面的剪力，等于螺栓的合剪力Q
　　因此，波紋涵管拼裝過程中的螺栓的預(yù)緊力：
　　P=υ×Q/μ
　　其中υ、μ可以根據(jù)實(shí)際情況查表，Q為有限元分析計(jì)算結(jié)果，將有關(guān)數(shù)值帶人上式就可以計(jì)算出施工中需要達(dá)到的預(yù)緊力(P)。
　　2.4螺栓的選型
　　根據(jù)實(shí)際施工中需要的預(yù)緊力，可以參照下表(引用《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》)選用合適的高強(qiáng)螺栓應(yīng)用于工程施工。
　　表1每個(gè)高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力P(kN)
　　
　　2.5螺栓孔的分布設(shè)計(jì)
　　根據(jù)鋼波紋管涵施工工藝及結(jié)構(gòu)特性，金屬波紋管涵施工屬于鋼結(jié)構(gòu)施工的一種，鋼質(zhì)波紋管施工應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)要求、鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)范等進(jìn)行施工，并必須達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)施工的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
　　2.5.1孔徑大小
　　根據(jù)預(yù)緊力的要求選用的螺栓可以參照《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》中的高強(qiáng)螺栓孔徑選配表選擇適當(dāng)?shù)目讖�，以滿足工程施工的規(guī)范要求；
　　表2高強(qiáng)度螺栓孔徑選配表(引用《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》)
　　
　　注：承壓型連接中高強(qiáng)螺栓孔徑可按表中值減小0.5-1.1mm。
　　2.5.2孔間距及邊距值
　　根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》要求，波紋板螺栓孔的孔間距及邊距值可以參照下表確定適當(dāng)?shù)膮��?shù)，以滿足工程施工的規(guī)范要求；
　　表3高強(qiáng)度螺栓的孔距和邊距值(引用《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)。施工及驗(yàn)收規(guī)程》)
　　
　　注：1)d0為高強(qiáng)度螺栓的孔徑，t為外層較薄板件的厚度；
　　2)鋼板邊緣與剛性構(gòu)件相連的高強(qiáng)度螺栓的最大間距，可按中間排數(shù)值采用；
　　2.5.3孔位置的布列
　　根據(jù)蘇聯(lián)E.и.別列尼亞主編的《金屬結(jié)構(gòu)))1988年8月第一版以及《建筑施工手冊))1977年4月第三版關(guān)于螺栓的分布原理分析和結(jié)論，構(gòu)件連接的螺栓分布宜采用并列或錯(cuò)列。