覆土鋼波紋管涵由于其施工便捷、綠色環保以及適用范圍廣等優點,在我國已得到迅速的推廣與應用,也開展了很多研究工作,但對于該結構長期受力性能和耐久性方面研究相對較少。隨著覆土鋼波紋管涵服役期的增長,為了保障公路交通安全,有必要對其長期受力性能及耐久性進行研究。

對比分析不同線形管涵的受力特點以及土-結相互作用演變規律;以試驗數據為基礎,建立三維有限元模型模擬施工回填過程及地基長期固結沉降對兩座管涵的受力性能影響;隨后,通過采用現場埋片試驗與鹽霧加速腐蝕試驗相結合的方法,對位于鹽漬土地區的鋼波紋管涵進行耐腐蝕壽命預測及防腐設計方案的研究。得出的主要結論如下:

(1)圓管涵和管拱涵在施工回填過程中的變化趨勢基本一致,受兩側土體壓實作用呈現出先上拱后逐漸下撓的趨勢,這種土-結相互作用有利于管涵承擔較大的上部土體及行車荷載,對管涵的長期受力有利。管拱涵橫向水平剛度較大,使其在回填過程中的變形比圓管涵小,而水平土壓力比圓管涵大。

(2)隨著時間的推移,兩座管涵在運營期間的豎直土壓力和水平土壓力逐漸趨于平緩,同時管頂豎直土壓力小于管頂外側豎直土壓力,表明管涵在運營過程中上部土體產生的正土拱效應有所增加,使兩側土體承擔部分管頂荷載,從而使管涵受力逐漸向有利的方向發展。在沉降作用下,圓管涵比管拱涵的適應變形能力強。

(3)采用ABAQUS建立考慮側向壓力系數的三維有限元模型對分層回填過程進行模擬,通過有限元計算值與實測值對比,可以看出有限元計算值與實測值的變化趨勢基本吻合,證明對土體施加考慮側向壓力系數的地應力平衡方法可以有效地模擬施工過程中土體對管涵產生的水平方向約束。

(4)通過對現場埋片試驗與鹽霧腐蝕試驗數據的冪函數擬合,基于灰色關聯度分析法建立腐蝕壽命預測模型,并采用估計材料使用壽命方法(EMSL)對管涵耐腐蝕壽命進行預測,預測得出此類結構在鹽漬土地區的耐久性壽命在53年以上。進行了不同涂層類型的防腐效果對比,進而提出適用于鹽漬土地區的防腐設計方案。