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     金屬波紋涵管的設(shè)計過程中進(jìn)行力學(xué)計算的前提假設(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際施工過程中是采用片狀波紋板，并利用高強螺栓連接拼裝起來的，由于金屬波紋涵管的設(shè)計和現(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度能否與不考慮搭接頭的整體波紋涵管的強度相一致，根據(jù)金屬波紋涵管的受力特性及傳力特點，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)計要點為：
　　(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)于高強螺栓工作原理的描述表明：“高強螺栓達(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，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�！苯Y(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，螺栓本身不受剪力而僅受拉力，整個連接彈性工作，用高強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，因為螺栓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螺栓的預(yù)緊力是高強螺栓靠摩擦力傳遞剪力的根本保證，只有高強螺栓達(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、極限平衡的計算理論，但涉及到的土體參數(shù)較多、計算復(fù)雜，不便于工程應(yīng)用。因此，可以從工程設(shè)計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)計荷載、驗算荷載、荷載分布角)等，將波紋管采用殼體單元，土體采用實體單元，選取半個波紋按對稱條件，利用美國MacNeal-Schwendler公司的大型商用有限元計算程序NASTRAN計算出鋼質(zhì)波紋管的各項應(yīng)力：
　�、佟⒉ǚ鍛�(yīng)力σf
　�、�、波谷應(yīng)力σg
　�、�、剪應(yīng)力τ
　　根據(jù)波峰、波谷應(yīng)力可以計算出鋼質(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)可以計算出螺栓的剪力Q：
　�、�、環(huán)向正壓力=N=σn×A
　�、�、橫剪力=Qh=×A
　　③、合剪力Q=(N+Qh)1/2
　　其中----A為高強螺栓的與構(gòu)件的接觸面面積
　　2.3螺栓預(yù)緊力的計算
　　根據(jù)《德國鋼結(jié)構(gòu)委員會標(biāo)準(zhǔn)010》1974年1月版關(guān)于高強螺栓摩擦連接(GV連接)的計算方法：在摩擦連接中，當(dāng)螺栓孔的間隙為lmm時，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)實際情況查表，Q為有限元分析計算結(jié)果，將有關(guān)數(shù)值帶人上式就可以計算出施工中需要達(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)高強螺栓連接的設(shè)計、施工及驗收規(guī)程》)選用合適的高強螺栓應(yīng)用于工程施工。
　　表1每個高強螺栓的預(yù)拉力P(kN)
　　
　　2.5螺栓孔的分布設(shè)計
　　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)高強螺栓連接的設(shè)計、施工及驗收規(guī)程》中的高強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高強度螺栓孔徑選配表(引用《鋼結(jié)構(gòu)高強螺栓連接的設(shè)計、施工及驗收規(guī)程》)
　　
　　注：承壓型連接中高強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)高強螺栓連接的設(shè)計、施工及驗收規(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高強度螺栓的孔距和邊距值(引用《鋼結(jié)構(gòu)高強螺栓連接的設(shè)計。施工及驗收規(guī)程》)
　　
　　注：1)d0為高強度螺栓的孔徑，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列。