钢波纹管材料强度指标及其特性

钢波纹管材料强度指标及其特性

普通涵洞材料通常为石料、混凝土等，其强度主要由石料及混凝土的抗压强度、钢筋抗拉强度和石料之间的咬合或混凝土与钢筋之间的粘结力提供，受材料力学性能、施工环境、养护等因素影响较大。在受到上部填土荷载后，由涵洞结构直接承担，少量荷载分散给涵洞周围土体，故对涵洞材料的强度要求较高。工程实际中，由于受力不合理，不少涵洞破裂，产生大变形，严重的会坍陷并中断交通。

一、钢波纹管材料强度指标

如上节所述，在Q235钢材受拉曲线中，出现了比例极限、屈服极限(屈服强度)O,和强度极限(抗拉强度) o,如图2-1所示。在弹性阶段内A点是应力与应变成正比即符合胡克定律的最高限，即E=o,/E, E为弹性模量(MPa)， ε为材料应变;在屈服阶段，B上点是这一阶段的应力最高点，称为屈服上限，Br点称为屈服下限，其强度称为屈服强度σ。(MPa); 在强化阶段，C点是该阶段最高点，即该点应力称为强度极限On(MPa);钢材试验力学性能见表2-2。

钢材的屈强比n反映钢材的可靠性和利用率，即n=o/o。屈强比小时，钢材的可靠性大，结构安全。但屈强比过小，则钢材有效利用率太低，可能造成浪费。故在实际中应合理选用屈强比，在保证安全可靠的前提下，尽量提高钢材的利用率。

二、钢波纹管材料强度特性

由钢板在酒身轴向方向形成波形，正是由于轴向波纹的存在，最大限度地调整和分散了由地基不均匀变形等原因产生的集中应力。钢波纹管涵洞的受力方式与我国古代的双曲拱桥相似，波纹在定范围内可 以改变应力的方向，使得局部应力减小， 起到分散作用。根据对钢波纹管管壁的刚度分析，单位面积的钢波纹管的惯性矩、剖面模数、回转半径大大超过了平板，在一定板厚范围内的钢波纹管涵洞的抗弯能力与抗压能力比等面积的平板都要高出数倍，如图2-2所示。

钢波纹管通洞是波形钢板经特殊加工而成的，在竖向荷载作用下，断面会发生微小变化。通过与周围土体的相互作用，钢波纹管有效地将荷载分散到周国土体，形成土体和涵管结构相互作用体系，共同承担荷载;而荷载作用在刚性圆管涵上时，其形状不易发生变化，荷载大部分由涵管及基础底部土体承担。柔性钢波纹管涵洞底部压力明显比刚性钢筋混凝土圆管涵底部压力小得多，受基础的变形的影响更小，而且其微小变化使其周围环向压力更均匀，如图2-3所示。由于涵管底部压力较小，故不必对其基础进行特殊处理。所以，从承载力极限状态设计角度考虑，钢波纹管涵洞结构对地基t的要求不高，不需要大量地换填不良地基土或修筑较深的圬工基础，可以减少基坑开挖，有利于涵洞结构的稳定，节省工程造价。

文章由西安世纪金属结构有限公司编写

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