楊曉華，李嘉璐，李 斌，張莎莎

(長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064)

0 引言

鋼波紋管涵洞是采用鋼波紋狀管或由弧形鋼波紋狀板通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)吊裝、螺栓拼接形成的一種涵洞結(jié)構(gòu)形式。軸向縱波的存在，使填土荷載產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變?cè)阡摬y管涵的軸向、徑向同時(shí)分布，充分發(fā)揮鋼材的抗拉、抗壓、抗剪性能[1]。此外，由于其自身的柔性大、強(qiáng)度高、運(yùn)輸便捷、施工簡(jiǎn)便、適應(yīng)地基與基礎(chǔ)變形能力強(qiáng)、綠色環(huán)保等優(yōu)良的工程特性，在公路工程中具有廣泛的應(yīng)用前景[2]。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)鋼波紋管涵的受力特性、力學(xué)性能、土壓力計(jì)算、工程應(yīng)用等方面進(jìn)行了大量研究。在北美、澳大利亞、西歐以及日本等國(guó)家，都將鋼波紋管涵廣泛應(yīng)用于公路工程中，并制定了相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，包含設(shè)計(jì)、制造及施工安裝等方面[3-4]。Kjartanson等對(duì)波紋管涵進(jìn)行了足尺試驗(yàn)研究，表明上覆填土能顯著提高波紋管的縱向剛度[5]。Machelski等通過(guò)對(duì)鋼波紋板涵結(jié)構(gòu)的荷載試驗(yàn)研究，得出了鋼波紋板涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法[6]。李祝龍通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)及室內(nèi)數(shù)值分析，研究了在不同荷載作用下，不同直徑、不同板厚、不同波形參數(shù)的鋼波紋管涵的受力情況[7-10]。Yeau等、Sezenl等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究了鋼波紋管涵在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)荷載下的撓度變化[11-12]。潘春風(fēng)等通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬對(duì)比分析了不同荷載下鋼波紋管涵的力學(xué)特性和變形規(guī)律[13]。褚夫蛟等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及數(shù)值模擬，研究了不同填土高度情況下大直徑鋼波紋管涵的軸向、環(huán)向應(yīng)變，管體土壓力及橫向、豎向變形情況[14]。馮忠居等通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究了鋼波紋管涵在填土荷載作用下的力學(xué)特性、管周土壓力及涵管變形規(guī)律[15-16]。廖鑫通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及數(shù)值模擬，研究了高填方下鋼波紋管涵在施工階段的受力特性和變形規(guī)律[17]。劉百來(lái)等通過(guò)數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等手段，研究了斜交、低填、大直徑鋼波紋管涵的內(nèi)壁應(yīng)變及周圍土壓力分布規(guī)律[18-19]。張東山等研究了鋼波紋管涵在實(shí)際工程中的應(yīng)用[20-21]。魏瑞等通過(guò)Spangler管-土相互作用模型，推導(dǎo)了管涵垂直土壓力、變形的計(jì)算公式和涵土相對(duì)剛度系數(shù)的計(jì)算公式[22-24]。

綜上可知，國(guó)內(nèi)外針對(duì)高填方路堤下鋼波紋管涵在路堤填筑高度、與路堤主線夾角及涵管直徑變化時(shí)，其受力特性和變形規(guī)律的研究較少，未進(jìn)行離心模型試驗(yàn)研究。基于此，本研究依托山西榆次龍白-祁縣城趙段高速公路鋼波紋管涵工程，采用離心模型試驗(yàn)技術(shù)，以路堤中部和路肩斷面鋼波紋管涵作為研究對(duì)象，對(duì)高填方路堤典型工況下鋼波紋管涵洞的受力和變形特性進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，對(duì)鋼波紋管涵的工程設(shè)計(jì)和施工參數(shù)選取具有重要地工程意義。

1 鋼波紋管涵離心模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 土工離心模型試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)

本試驗(yàn)采用長(zhǎng)安大學(xué)TLJ-3型土工離心機(jī)，規(guī)格為60 g·t，有效半徑2.0 m，最大加速度200g。離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖涑叽鐬?00 mm(長(zhǎng))360 mm(寬)×500 mm(高)。根據(jù)離心模型試驗(yàn)箱的大小、鋼波紋管涵的尺寸、路堤填筑高度以及離心模型試驗(yàn)原理，試驗(yàn)離心加速度定為40g，相似關(guān)系見表1，離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽鐬樵偷?/40。

表1 離心機(jī)試驗(yàn)相似關(guān)系

1.2 鋼波紋管涵模型及填土材料特性

在幾何相似的基礎(chǔ)上，為了保證鋼波紋管涵離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c原型結(jié)構(gòu)的受力和變形特性一致，離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧系倪x取由原型結(jié)構(gòu)的軸向剛度EA、彎曲剛度EI及其對(duì)地基產(chǎn)生的壓應(yīng)力控制。離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎脧?qiáng)度相似的軋制鋁，板厚0.3 mm，屈服強(qiáng)度約235 MPa，三瓣拼裝，波形參數(shù)為200 mm×55 mm(波距×波高)。分別制作了直徑為7.5，9.0，11.0 cm的鋼波紋管涵模型，模擬了原型結(jié)構(gòu)直徑為3.0，3.6，4.4 m的鋼波紋管涵。

涵頂填方對(duì)鋼波紋管涵的影響主要是其荷載的影響，所以在進(jìn)行離心模型試驗(yàn)時(shí)，涵頂50 mm范圍內(nèi)，模型填土與原型填土完全一致，最大干密度為1.93 g/cm3，最佳含水率為12.3%，壓實(shí)度為0.96；而50 mm以上范圍，由于離心模型試驗(yàn)箱的限高，考慮模型填土主要與原型荷載大小一致，采用重量一致的荷載板；涵底布設(shè)12.5 mm厚的砂礫墊層，砂礫粒徑不大于10 mm，壓實(shí)度為0.96；涵底地基黃土厚度為225 mm，壓實(shí)度為0.96。工況1離心模型試驗(yàn)箱如圖1(a)所示。

圖1 離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ?單位:mm)Fig.1 Centrifugal test model(unit：mm)

1.3 試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)

為研究黃土地區(qū)高填方路堤典型工況下鋼波紋管涵結(jié)構(gòu)的受力特性和變形規(guī)律，共設(shè)計(jì)了5種試驗(yàn)工況，具體工況見表2。工況2離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D如圖1(b)所示，模型均以半幅路堤為模擬對(duì)象。

1.4 試驗(yàn)程序及其測(cè)試方法

配土：試驗(yàn)填土采用黃土，碾壓后過(guò)2 mm篩，按照最佳含水率配水，悶料24 h備用。

分層填土和埋置鋼波紋管涵洞：首先，根據(jù)離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖涞某叽绾驮O(shè)定的壓實(shí)度計(jì)算出每層所需土樣質(zhì)量，稱土后裝入模型試驗(yàn)箱并攤鋪均勻，用擊實(shí)工具將土樣從兩邊向中間擊實(shí)，擊實(shí)過(guò)程中用直尺測(cè)量已裝入土樣高度，以保證其達(dá)到設(shè)定壓實(shí)度。其次，待達(dá)到一定標(biāo)高時(shí)鋪設(shè)砂礫墊層埋入鋼波紋管涵。最后，涵頂按照第一道工序繼續(xù)填土，涵頂50 mm以上，放置相應(yīng)的荷載板。

表2 試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)

測(cè)試斷面及測(cè)試元件：離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膽?yīng)變測(cè)試選取路堤中部和路肩處兩個(gè)斷面，每個(gè)斷面選取涵頂、涵側(cè)和涵底3個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)分別測(cè)試波峰的軸向、環(huán)向應(yīng)變和波谷的軸向、環(huán)向應(yīng)變4個(gè)應(yīng)變值，測(cè)點(diǎn)布置示意圖見圖2。應(yīng)變測(cè)試采用bq120-5aa型電阻應(yīng)變片，采用細(xì)毛筆在應(yīng)變片反面均勻刷膠，粘貼在打磨好的測(cè)試位置并反復(fù)調(diào)整，以保證應(yīng)變片的位置粘貼準(zhǔn)確，并采用硅酮密封膠抹平密封應(yīng)變片，以防止應(yīng)變片脫落和受損，影響各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值的準(zhǔn)確性，應(yīng)變片的粘貼與防護(hù)如圖3所示。

圖2 測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig.2 Schematic plots of measuring points

圖3 應(yīng)變片的粘貼與防護(hù)處理Fig.3 Sticking and protection of strain gauges

1.5 工程依托

試驗(yàn)依托工程的鋼波紋管涵位于山西榆次龍白至祁縣城趙高速公路，現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地地形及依托工程示意圖如圖4～圖5所示，鋼波紋管涵直徑3.0 m，波形采用200 mm×55 mm，其與路堤主線夾角為50°，涵頂路堤填筑高度14 m，涵管周圍填筑土均為濕陷性黃土。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地地形Fig.4 Site topography

圖5 鋼波紋管涵洞工程示意圖Fig.5 Schematic diagram of steel corrugated pipe culvert project

2 鋼波紋管涵結(jié)構(gòu)受力與變形特性分析

2.1 工況1下鋼波紋管涵應(yīng)力應(yīng)變分析

通過(guò)對(duì)工況1模擬里程樁號(hào)K2+510.5路段原型工況下的離心模型試驗(yàn)結(jié)果整理可知，當(dāng)離心加速度達(dá)到40g后，鋼波紋管涵受力特性隨時(shí)間變化曲線如圖6～圖7所示?？梢钥闯?，在原型路堤填筑高度為14 m時(shí)，鋼波紋管涵各測(cè)點(diǎn)軸向、環(huán)向應(yīng)力隨時(shí)間增加大致呈線性增加的趨勢(shì)，增大趨勢(shì)逐漸變緩。涵頂、涵側(cè)及涵底不同位置處變化規(guī)律基本一致，同一位置處波峰和波谷的軸向應(yīng)力(或環(huán)向應(yīng)力)呈拉、壓相反的變化規(guī)律，波峰(或波谷)的軸向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力亦呈拉、壓相反的變化規(guī)律。

圖6 路堤中部各測(cè)點(diǎn)軸向、環(huán)向應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線Fig.6 Curves of axial & circumferential stresses at each measuring point on middle of embankment varying with time

圖7 路肩處各測(cè)點(diǎn)軸向、環(huán)向應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線Fig.7 Curves of axial & circumferential stresses at each measuring point on shoulder varying with time

由表3可知，路堤中部鋼波紋管涵的軸向和環(huán)向最大拉應(yīng)力、拉應(yīng)變分別為45.51 MPa，216.71 με(涵底波峰)和59.85 MPa，285.00 με(涵底波谷)；軸向和環(huán)向最大壓應(yīng)力、壓應(yīng)變分別為-45.97 MPa，-218.90 με(涵底波谷)和-59.06 MPa，-281.24 με(涵底波峰)。由于路肩處的路堤填筑高度較小，路肩處的最大環(huán)向拉、壓應(yīng)力應(yīng)變小于路堤中部的環(huán)向拉、壓應(yīng)力應(yīng)變，拉、壓應(yīng)力應(yīng)變最大值分別為51.85 MPa，246.90 με和-52.16 MPa，-248.38 με；路肩處的最大軸向拉、壓應(yīng)力應(yīng)變值比路堤中部對(duì)應(yīng)值略大，分別為57.26 MPa，272.67 με 和-52.82 MPa，-251.52 με，分布位置與路堤中部一致，表明縱波的存在可以使上覆荷載分布更加均勻。鋼波紋管涵拉、壓應(yīng)力大小相當(dāng)，波峰波谷應(yīng)力相互協(xié)調(diào)，共同承擔(dān)上覆荷載，能充分發(fā)揮鋼材的力學(xué)性能。且涵管各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼材的屈服強(qiáng)度235 MPa，因此原型鋼波紋管涵結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)使用要求。

表3 各工況下鋼波紋管涵軸向、環(huán)向應(yīng)力應(yīng)變最大值

2.2 工況2下鋼波紋管涵應(yīng)力應(yīng)變分析

在工況2條件下，路堤填筑高度(14 m)和鋼波紋管涵直徑(3.0 m)一定時(shí)，路堤中部鋼波紋管涵離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ透鳒y(cè)點(diǎn)應(yīng)力、環(huán)向波峰應(yīng)變隨其與路堤主線夾角變化的規(guī)律如表3和圖8所示。圖8(b)中數(shù)字表示鋼波紋管涵與路堤主線夾角，虛線僅示意鋼波紋管涵的橫截面。從圖中可以看出，鋼波紋管涵各測(cè)點(diǎn)軸向、環(huán)向應(yīng)力隨其與路堤主線夾角的增大呈緩慢增大的趨勢(shì)。當(dāng)鋼波紋管涵與路堤主線夾角為30°時(shí)，路堤中部鋼波紋管涵各測(cè)點(diǎn)軸向、環(huán)向應(yīng)力最小，軸向、環(huán)向拉應(yīng)力及拉應(yīng)變最大值分別為35.19 MPa，167.60 με(涵底波峰)和34.46 MPa，164.07 με(涵底波谷)；軸向、環(huán)向壓應(yīng)力及壓應(yīng)變最大值分別為-35.17 MPa，-167.52 με(涵底波谷)和-34.01 MPa，-161.95 με(涵底波峰)。當(dāng)鋼波紋管涵與路堤主線夾角為90°時(shí)，路堤中部鋼波紋管涵各測(cè)點(diǎn)軸向、環(huán)向應(yīng)力最大，軸向、環(huán)向拉應(yīng)力及拉應(yīng)變最大值為43.20 MPa，205.70 με和45.57 MPa，217.00 με；軸向、環(huán)向壓應(yīng)力及壓應(yīng)變最大值分別為-42.99 MPa，-204.72 με和-45.92 MPa，-218.65 με，最大拉、壓應(yīng)力應(yīng)變分布位置與夾角為30°時(shí)一致。最大拉、壓應(yīng)力分別增長(zhǎng)了29.50%和30.57%。這是因?yàn)殇摬y管涵與路堤主線夾角趨于正交，直接影響了涵側(cè)軸向、環(huán)向應(yīng)力應(yīng)變的分布情況，進(jìn)而導(dǎo)致涵底處所受到的拉、壓應(yīng)力增大。上述結(jié)果表明，合理選擇鋼波紋管涵與路堤主線夾角對(duì)鋼波紋管受力性狀的改善具有一定的意義。

考慮鋼波紋管涵的最不利受力狀態(tài)，工況3～5選取鋼波紋管涵與路堤主線呈90°進(jìn)行研究。

圖8 路堤中部各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變隨涵管與 路堤主線夾角變化曲線Fig.8 Curves of stress and strain at each measuring point on middle of embankment varying with angle between culvert and embankment main line

2.3 工況3下鋼波紋管涵應(yīng)力應(yīng)變分析

在工況3條件下，鋼波紋管涵路堤填筑高度(14.0 m)和其與路堤主線夾角(90°)一定時(shí)，路堤中部鋼波紋管涵離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ透鳒y(cè)點(diǎn)應(yīng)力、環(huán)向波峰應(yīng)變隨其直徑變化的規(guī)律如圖9所示。

圖9 路堤中部鋼波紋管涵各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變 隨涵管直徑變化規(guī)律Fig.9 Stress and strain at each measuring point of steel corrugated pipe culvert in middle of embankment varying with culvert diameter

由表3和圖9分析可得，路堤中部鋼波紋管涵各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力隨其直徑的增大呈逐漸增大趨勢(shì)。當(dāng)涵管直徑為3.6 m時(shí)，軸向、環(huán)向拉應(yīng)力及拉應(yīng)變最大值分別為38.70 MPa，184.27 με(涵底波峰)和41.05 MPa，195.48 με(涵底波谷)；軸向、環(huán)向壓應(yīng)力及壓應(yīng)變最大值分別為-41.59 MPa，-198.04 με(涵底波谷)和-37.04 MPa，-176.36 με(涵底波峰)。當(dāng)涵管直徑為4.4 m時(shí)，拉應(yīng)力、拉應(yīng)變最大值分別為48.18 MPa，229.41 με(軸向)和49.30 MPa，234.74 με(環(huán)向)；壓應(yīng)力、壓應(yīng)變最大值分別為-53.86 MPa，-256.45 με(軸向)和-43.20 MPa，-205.70 με(環(huán)向)，應(yīng)力應(yīng)變分布位置與涵管直徑為3.6 m時(shí)一致。當(dāng)鋼波紋鋼涵直徑由3.0 m增大至3.6 m，4.4 m時(shí)，最大拉應(yīng)力分別增長(zhǎng)了29.11%，55.05%；最大壓應(yīng)力分別增長(zhǎng)了26.25%，63.49%。這表明，涵管直徑較大時(shí)，上部有效土柱自重較大，鋼波紋管涵受力較大。同時(shí)大直徑鋼波紋管涵因材料變形，通過(guò)變形將部分涵頂填土荷載轉(zhuǎn)移到周圍土體，對(duì)上覆荷載能起到一定的卸載作用，降低了涵頂土壓力，有利于鋼波紋管涵與周圍土體的相互作用。

2.4 工況4下鋼波紋管涵應(yīng)力應(yīng)變分析

在工況4條件下，鋼波紋管涵直徑(3.0 m)和其與路堤主線夾角(90°)一定時(shí)，路堤中部鋼波紋管涵離心試驗(yàn)?zāi)Ｐ透鳒y(cè)點(diǎn)應(yīng)力、環(huán)向波峰應(yīng)變隨路堤填筑高度變化的規(guī)律如圖10所示。

圖10 路堤中部各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變隨路堤 填筑高度變化曲線Fig.10 Curves of stress and strain at each measuring point on middle of embankment varying with embankment filling height

由表3和圖10分析可得，路堤中部鋼波紋管涵各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力隨路堤填筑高度的增加大致呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。當(dāng)路堤填筑高度為16 m時(shí)，軸向、環(huán)向拉應(yīng)力及拉應(yīng)變最大值分別為30.94 MPa，147.29 με(涵底波峰)和35.77 MPa，170.33 με(涵底波谷)；軸向、環(huán)向壓應(yīng)力及拉應(yīng)變最大值分別為-54.98 MPa，-261.80 με(涵底波谷)和-32.91 MPa，-156.74 με(涵底波峰)。當(dāng)路堤填筑高度為20 m時(shí)，軸向、環(huán)向最大拉、壓應(yīng)力分布位置與路堤填筑高度為16 m時(shí)一致，軸向應(yīng)力應(yīng)變最大值分別為42.09 MPa，200.42 με和-62.47 MPa，-297.46 με；環(huán)向應(yīng)力應(yīng)變最大值分別為41.42 MPa，197.25 με和-47.99 MPa，-228.52 με。當(dāng)路堤填筑高度由14 m增大16 m，20 m時(shí)，鋼波紋管涵各測(cè)點(diǎn)最大拉應(yīng)力分別是原型工況下的1.21倍、1.40倍，最大壓應(yīng)力分別是原型工況下的1.08倍、1.23倍。這是由于隨填土高度的增加，作用在涵管上部的荷載增大。隨填土荷載的增大，鋼波紋管涵對(duì)涵側(cè)土體產(chǎn)生的鼓脹變形加劇，涵管趨于水平橢圓形，結(jié)構(gòu)與周圍填土協(xié)調(diào)受力和變形。

上述結(jié)果表明，在涵頂上部填土荷載產(chǎn)生的應(yīng)力不超過(guò)鋼波紋管涵屈服極限時(shí)，其受力狀態(tài)尚處于彈性受力階段，應(yīng)力隨路堤填筑高度的增加大致呈線性增大的趨勢(shì)。若在此基礎(chǔ)上繼續(xù)增加路堤填筑高度，應(yīng)力會(huì)繼續(xù)保持線性增長(zhǎng)，但是當(dāng)填土荷載對(duì)鋼波紋管涵產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)鋼材的屈服極限時(shí)，結(jié)構(gòu)進(jìn)入屈服狀態(tài)，變形急劇增加，不利于鋼波紋管涵的正常使用。因此通過(guò)繼續(xù)增加路堤填筑高度來(lái)研究鋼波紋管涵的受力特征與變形規(guī)律具有重要的意義，基于此可得涵頂?shù)淖畲舐返烫钪叨?，?shí)現(xiàn)其功能的最大化，有利于其設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的推廣應(yīng)用。

2.5 工況5下鋼波紋管涵應(yīng)力應(yīng)變分析

在工況4條件下，逐級(jí)增加路堤填土高度，直至鋼波紋管涵進(jìn)入屈服狀態(tài)。由表3和圖11分析可得，當(dāng)路堤填筑高度為26 m時(shí)，最大拉、壓應(yīng)力應(yīng)變出現(xiàn)在涵底波峰、涵底波谷位置處，應(yīng)力值分別為251.89 MPa，-302.65 MPa，應(yīng)變量分別為1 199.49 με，-1 441.17 με，相比路堤填筑高度為20 m時(shí)，最大拉、壓應(yīng)變分別提高了498.50%和384.50%，表明此時(shí)鋼波紋管涵產(chǎn)生塑性變形，進(jìn)入屈服狀態(tài)，涵頂?shù)淖畲舐返烫钪叨炔粦?yīng)超過(guò)26 m。

圖11 路堤填筑高度為26 m時(shí)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變Fig.11 Stress and strain at each measuring point when embankment filling height is 26 m

3 結(jié)論

本研究依據(jù)鋼波紋管涵離心模型試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)鋼波紋管涵與路堤主線夾角、路堤填筑高度和鋼波紋管涵直徑等不同工況下的受力與變形特性開展了研究，主要得出以下結(jié)論：

(1)鋼波紋管涵軸向(或環(huán)向)最大拉、應(yīng)力出現(xiàn)在涵底位置，軸向最小拉、壓應(yīng)力常出現(xiàn)在涵側(cè)波谷、涵頂波谷位置，環(huán)向最小拉、應(yīng)力常出現(xiàn)在涵側(cè)波峰、涵頂波峰位置。在鋼波紋管涵波峰涵頂、涵側(cè)及涵底不同位置處，波峰(或波谷)的軸向應(yīng)力、環(huán)向應(yīng)力呈拉、壓相反的變化規(guī)律，波峰和波谷的軸向應(yīng)力(或環(huán)向應(yīng)力)亦呈拉、壓相反的變化規(guī)律。這表明由于軸向縱波的存在，鋼波紋管涵軸向、環(huán)向共同承擔(dān)上覆填土荷載，涵管拉、壓應(yīng)力相互協(xié)調(diào)，能充分發(fā)揮鋼材的力學(xué)性能。

(2)原型工況下，鋼波紋管涵最大拉、壓應(yīng)力為59.85 MPa和-59.06 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼材的屈服強(qiáng)度235 MPa，表明鋼波紋管涵尚處于彈性受力階段，滿足設(shè)計(jì)使用要求。

(3)路堤填筑高度(14 m)和鋼波紋管涵直徑(3 m)一定時(shí)，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變隨其與路堤主線夾角的增大呈緩慢增大的趨勢(shì)，其與路堤主線夾角為50°，70°，90°時(shí)，最大拉、壓應(yīng)力分別是夾角為30°的1.06，1.16，1.29倍和1.04，1.14，1.31倍。這表明在鋼波紋管涵設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮其與路堤主線夾角對(duì)涵管受力性狀的改善作用。

(4)鋼波紋管涵與路堤主線正交，路堤填筑高度 (14 m)一定時(shí)，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變隨涵管直徑的增大呈逐漸增大趨勢(shì)，涵管直徑由3.0 m增大至3.6 m，4.4 m時(shí)，最大拉應(yīng)力分別增長(zhǎng)了29.11%，55.05%；最大壓應(yīng)力分別增長(zhǎng)了26.25%，63.49%。這表明涵管直徑較大時(shí)，其上部有效土柱自重較大，鋼波紋管涵受力較大。

(5)鋼波紋管與路堤主線正交，涵管直徑(3 m)一定時(shí)，路堤填筑高度為14～20 m，涵管各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力、應(yīng)變隨涵洞上方填土高度的增加大致呈線性增大趨勢(shì)，鋼波紋管處于彈性受力階段。當(dāng)填筑高度為26 m時(shí)，最大拉、壓應(yīng)力應(yīng)變分別為251.89 MPa，1 199.49 με和-302.65 MPa，-1 441.17 με，鋼波紋管涵進(jìn)入塑性狀態(tài)。這表明此工況下，鋼波紋管涵涵頂?shù)穆返烫钪叨炔粦?yīng)超過(guò)26 m。

(6)鋼波紋管涵軸向剛度EA、彎曲剛度EI一定時(shí)，隨涵管直徑的增大，路基填筑高度降低；隨其與路堤主線夾角趨于正交，路堤填筑高度降低，但涵管兩側(cè)水平位置處應(yīng)力趨于相等呈對(duì)稱分布。