波纹管结构
图2-5 波纹管组件图
波纹管组件结构如图2-3，当输入的气压信号时增加时，波纹管的伸缩长度增加，从而推动平衡梁一端产生位移，改变挡板与喷嘴间的距离。当输入的气压信号减少时，波纹管的伸缩长度减少，使挡板与喷嘴间的距离反方向变化。压缩弹簧的弹性系数决定了输入压力信号的范围，通常标准信号压力为
20~100kPa。
波纹管要求采用弹性限度大，疲劳极限高的耐腐蚀性材料，并具有加工性能好，钎焊容易等优点。一般采用磷青铜、18-8不锈钢等材料。
波纹管的理论有效断面积：
（）
D- 波纹管的外径（m）；
d- 波纹管的内径（m）
波纹管的输出力为：
（N）
p-作用在波纹管上的压力(MPa)，输入信号；
图2-6 波纹管受力分析
波纹管的伸缩量δ与波纹管的弹簧常数K，和作用在波纹管上的力W有关。
(mm) 气动工程手册[M] – P562
其中作用在波纹管上的力W，由输入压力信号的张力和阻尼弹簧的作用力组成，如图2-4所示。
（N）
p-作用在波纹管上的压力(MPa)；
A-波纹管的有效断面积;
（）
D- 波纹管的外径（mm）；
d- 波纹管的内径（mm）；
x
因此：
整理得：
其中K由波纹管的形状尺寸计算确定。
气动工程手册[M] – P563
气动工程手册[M] – P563
E-波纹管材料的弹性模量（MPa）；
D-外径（mm）；
d-内径（mm）；
t-板厚（mm）；
n-波纹数；
h-沟深（mm）；
R-平均半径，（mm）;
最后整理得到波纹管的深长量可以表示为：
其中p为输入波纹管的压力信号20-100KPa；为波纹管的有效断面积；为波纹管组件的弹性刚度。
根据几何结构,参照JB/T 6169-2006标准，选取：D=32mm；d=22mm；t=；n=9；h=；27 mm；
材料为锡磷青铜（GB/T 2059）， MPa；
输入压力信号为： p= MPa；
计算得：C=； K=；
取；；
图2-7 在信号压力下波纹管的伸缩量变化
1 概述 钢波纹涵管（YTHG）是替代圆管涵、盖板涵、拱涵和小桥的优质公路建材。该产品具有工期短、重量轻、安装方便、耐久性好、工程造价低、抗变形能力强、减少通车后养护成本等特点，尤其应用在高寒冻土地区，软土路基地带，具有明显的经济效益。 钢波纹涵管有圆形、椭圆形、半圆形等，进出口也可按照边坡比例做成斜口，加工波纹管管径范围Φ0.5m～Φ8m，管壁厚度为3mm～7mm，能够满足填土0.5m～40m 厚的需要。 2 钢波纹涵管在国内外的发展史 1896年美国率先进行钢波纹管通道、钢波纹涵管的可行性研究；1923年美国铁路工程协会在伊利诺斯州的中央铁路应用钢波纹管通道进行实体测试；1929年加拿大首座钢波纹管用于一煤矿中；1931年澳大利亚首次建成8米汽车通道一座；1990年日本高速公路设计规范制定了钢波纹管设计技术规范，随着钢波纹管在世界各地的安装使用，证明了此种结构在各种使用情况下的通用性，而且其寿命已超过了设计寿命。我国使用金属波纹管涵是从2001年以后，通过近几年的市场开发，已在河北、内蒙古、青海、宁夏、新疆、西藏等省市区的公路建设中得到广泛应用。 3 钢波纹涵管在繁五线的应用情况 省道繁五线建设项目部承建的西留属至茹村段地处代县、繁峙、五台县境内，沿线铁矿资源相当丰富，大、小铁矿、磁选厂共计70多座，每天往返于该路段拉运铁矿、矿粉的车辆达2500多辆（单车吨位均在70吨以上）。 2005年繁五线K20+987与K21+015两处使用了钢波纹管涵，涵洞洞身长9米，洞口形式为八字，孔径为1米，管壁厚度3MM，基础垫层为15CM水泥稳定砂砾，采用振动压路机碾压，压实度不小于95%，填土高度60CM。该产品质量保证期50年，孔径为1米的钢波纹管涵工程造价2328元/延米。 4 钢波纹管涵路基施工技术要求 4.1 挖基 修建钢波纹管涵，一般要在天然地面或经严格夯实的填土上先挖掘埋设管道的沟槽。挖槽宽不但应方便管侧填土的夯填，而且还应满足设计上需要的基础宽度。 施工经验表明，在填土不高路段上修建涵洞，以采用先填路基，然后再开挖沟槽埋设涵管的方法为好。 钢波纹管地基或基础要求均匀又坚固，同时，还应具有耐久性，一般波纹管涵基础应具有的最小厚度与宽度如下表所示。
. YTHG 拼装波纹涵管施工工艺
拼装波纹管涵施工工艺 一、拼装涵管概况 拼装波纹涵管是由多片波形板片用螺栓拼接而成，具有板片薄，重量轻，便于运输存放，施工工艺简单，现场安装方便，解决北方寒冷地区对桥梁和管涵的结构破坏问题，组装快速，工期短等优点。进行纵向连接成型。连接螺栓采用M20 ，8.8级高强度螺栓及弧型垫圈，边缝及螺栓用密封胶处理，钢板表面采用热浸镀锌。组装完成后用喷涂沥青。洞口铺砌及护坡采用M7.5浆砌片石铺砌或采用钢筋混凝土浇筑洞口。 钢波纹管涵是一种柔性结构，它建成后与周围土体形成一种组合结构，共同受力，波纹管涵楔形部及两侧的回填土很关键，如果回填不密实或有楔形部中空或局部有大石块直接作用于管体，将出现局部有较大变形或局部有凸起，存在安全隐患，严重的可能会造成质量事故，所以波纹管涵两侧及楔形部的回填土在施工中要严格控制。 二、施工工艺 挖基→施工放样→基础垫层填筑→管身安装→涵背回填→洞口铺砌及护坡防护。 1、挖基 1.1有设计要求时，按照设计要求开挖地基；没有设计要求时，基 础垫层厚和开槽宽度参见下表，为了便于机械碾压，建议采用 基础标准宽度。 1.2
1.2 基坑开挖应按要求进行，当基底土为淤泥等不良土层时，应换填处理，应避免超挖，如超挖，应将松动部分清除，其处理方案应报监理、设计单位批准。 1.3挖至标高的土质基坑不得长期暴露，扰动或浸泡，并应及时检查基坑尺寸、高程、基底承载力。符合要求后，应立即进行基础施工。 1.4 各种土质地基的处理方法 (1) 优质土地基 未经筛分的砂，碎石，砂砾土以及砂质土都是比较理想的地基材料，但需清除10cm以上的石块等硬物。 (2) 一般性土质地基 承载能力不太高的普通地基，需设一定厚度的基础。但是，若将涵管地基槽原状土经严格夯实（其夯实度到重型击实密实度的90%以上）以后，也可直接将波纹管置于地基上。 (3) 岩石地基
在不锈钢波纹管应用中，整机或部件给定的条件就是不锈钢波纹管设计和选形的主要依据。一般给定设计条件有以下几项： （1）最大空间尺寸或通径 （2）工作载荷的性质和大小 （3）工作位移量 （4）工作温度范围 （5）工作介质的性质 （6）精度要求 （7）使用寿命 在不锈钢波纹管的选型上，我们主要从一下几点出发： 1．材料选择： 根据不锈钢波纹管的用途，载荷种类和大小，精度要求、工作介质、工作温度及使用寿命等条件，结合考虑材料的成形和焊接工艺性，选择一种合适的材料。 2．确定结构型式： （1）选择波纹形状：从不锈钢波纹管的用途、性能、使用要求以及各种波形的性能和制造特点等因素来选择波纹形状，通常情况下，多数会选择U 型波纹。 （2）确定不锈钢波纹管层数：从不锈钢波纹管的用途、工作压力、刚度、工作介质等因素确定不锈钢波纹管的层数。在工作压力较高的情况下，多选用多层结构的不锈钢波纹管，对于多层不锈钢波纹管需要合理选择其层数和单层壁厚。 （3）初步估定是否要与其它弹性元件联用：有些情况下不锈钢波纹管与螺旋弹簧并联使用，这些情况分别是: 为了提高测量精度；工作压力比较高的场合；有冲击载荷的情况。 （4）选择不锈钢波纹管的两端端部的结构型式：这个需要考虑两端结构的成形工艺、焊接工艺和整个系统在结构方面的限制。 （5）考虑是否需要导向装置：当不锈钢波纹管有效长度比较长时，为了避免在工作过程中产生柱状失稳，应考虑增加导向装置。 （6）考虑是否需用加强环：为了适应较高工作压力的使用要求，不锈钢波纹管可以用加强环加强，或者采用多层结构，也可以应用这两种结构的组合。加强环是局部加强，多层结构是整体加强。 3．设计计算和选择不锈钢波纹管的结构参数： 不锈钢波纹管的性能取决于不锈钢波纹管的结构，不锈钢波纹管的主要结构参数包括内径、外径、壁厚、波距、波厚、波纹数、层数，两端配合部分尺寸以及有效长度、总长度等。在一般情况下，不锈钢波纹管的用户应从有关标准和制造单位的产品样本中选择不锈钢波纹管，而不是设计新产品。这样能使研制中的问题减到最少，同时还能降低制造成本和缩短制造周期。 4．设计计算不锈钢波纹管的性能参数： 在不锈钢波纹管主要结构尺寸参数经过设计计算或选型初步确定之后，再设计计算不锈钢波纹管的性能参数。如果不锈钢波纹管性能参数不能满足技术要求时，应适当修正不锈钢波纹管的几何尺寸参数。不锈钢波纹管的用途不同，其技术要求也不一样，设计时应当根据不同的要求，制定相应的设计方法。
国道317线俄尔雅塘至岗托段改建公路工程桥涵通用图钢波纹管涵通用图 说明 1任务依据 根据[交设经〔2010〕170号]文下达关于编制钢波纹管涵通用图任务书。 2设计标准 本设计遵照中华人民共和国行业标准、规范及细则： 《公路涵洞通道用波纹钢管(板)》JT/T791—2010； 《公路工程技术标准》JTG B01—2003； 《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30—2002； 《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—2004； 《公路圬工桥涵设计规范》JTG D61—2005； 《公路钢筋混凝土砼及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004； 《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63—2007； 《公路涵洞设计细则》JTG/T D65—04—2007； 《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041—2000。 3技术指标 1、设计荷载：公路－Ⅰ级 2、涵洞孔径：Φ150cm、Φ200cm 3、涵洞交角：0°、15°、30°、45°（交角为路线设计线的法线与涵洞轴线之间的夹角）。 不同填土类别、高度壁厚选择(mm) 注：波纹管波距为150mm，波高为50mm。波纹管涵洞最小填土高度要求大于1.2m。 4 主要材料 1、管身：采用Q235-A热轧钢板制作，钢板屈服强度不应小于235Mpa，抗拉强度不应小于375 Mpa；钢板、钢带应符合GB/T 912或GB/T3274的规定，其尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T 709的规定。 2、洞口墙墙身、翼墙墙身：C20片石混凝土。 3、洞口墙基础、翼墙基础：C20片石混凝土。 4、河床铺砌、隔水墙：C20片石混凝土。 5、帽石：C20混凝土预制块。 6、片石强度：石材强度等级不小于MU30。 7、高强度螺栓、螺母规格为M20，螺栓长度宜为30mm~60mm；法兰盘的材料采用碳素结构钢，其性能应符合GB/T 700要求，抗拉强度不小于350MPa。法兰盘用角钢尺寸、重量及允许偏差应符合GB/T 9787的规定。 8、管节之间、法兰盘之间、翻边结合面之间以及搭接的波纹钢板件之间应采取密封措施。密封料应具有弹性和不透水性，并应填塞紧密。低温条件下密封材料应具有良好的抗冻、耐寒性能。密封料可采用天然橡胶、氯丁橡胶、聚乙烯泡沫或耐候密封胶。 5 设计要点 5.1设计计算： 1、本设计假定钢波纹管和土体均为弹性体。 2、本次设计采用两种方法计算并互相校核，一种是按照公路设计手册建议方法计算，一种是采用有限元理论分析计算。 3、公路设计手册建议方法：涵顶填土对涵洞的竖向压力按土柱重力计算，车辆荷载采用角度分布法计算，以车轮着地面积的边缘向下按30°角度分布，填土容重取γ=21KN/m3。土体荷载分布模式采用公路设计手册的建议模式，不考虑涵洞顶土柱和周围填土间的摩擦力。 4、采用有限元理论分析：采用ANSYS有限元程序进行计算。模型采用2D平面模型，波
钢波纹管涵洞 施工方案 工程名称：G318线红海段D16标 建设单位：四川兴蜀公路建设发展有限责任公司监理单位：四川省城市建设工程监理有限公司施工单位：中国水电建设集团路桥工程有限公司 中国水电建设集团路桥工程有限公司
一、编制依据 ⑴招投标文件、设计图纸等有关资料。 ⑵部颁现行《设计规范》、《施工规范》、《公路工程质量验收评定标准》等文件。 ⑶交通部《公路工程国内招标文件范本》（2009年版本）、《专用技术规范》。 ⑷现场调查资料。 ⑸本项目部施工管理水平、技术、装备及同类或类似工程施工经验。 二、交通部颁发现行公路工程标准、规范、规程 ⑴《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000。 ⑵《公路桥涵钢结构与木结构设计规范》JTJ025-86。 ⑶《公路工程施工安全技术规程》JTJ076-95。 ⑷《公路工程质量验收评定标准》(土建工程)JTGF80/1－2004。 ⑸《公路工程技术标准》JTGB01－2003。 三、编制原则 ⑴认真履行中标承诺，严格执行技术规范。 ⑵实事求是，施工方案可行、适用、经济。 ⑶推行全面质量管理，执行ISO9002质量管理标准和程序。 ⑷采用项目法组织施工，推行标准化管理，达到安全、文明、高效。 ⑸坚持技术创新，推广和应用“四新”成果。 四、工程概况 本合同段桩号范围为K251+000～K278+000，路线全长26.7km，工程所在地位于四川省西北部甘孜州地区理塘县境内，海拔在4000米以上。本项目所在区域属于青藏高原型季风气候区， 11月下旬～次年3月绝大部分天气为冰雪天气，积雪较厚、温度较低，人员活动困难，能够施工的时间极少，这段时间项目暂时停工。部分工程项目如确需进行冬季施工，必须提前组织专人编制切实可行的冬季施工方案(含保温措施)。将安排施工的工程项目和施工方案报监理工程师批准后方可实施。 1、主要工程量 本合同段主线共设涵洞81道，其中盖板涵49道，钢波纹管涵32道。 全合同段共设钢波纹管涵32道，管径为1.5、2m两种规格。其中1.5的波纹管采用整体管，整管节拼装，法兰螺栓连接；2米的采用分片拼装。波纹管管身采用
钢波纹管涵施工工艺标准 1 适用范围 钢波纹涵管是替代圆管涵、盖板涵、拱涵和小桥的优质公路建材。该产品具有工期短、重量轻、安装方便、耐久性好、工程造价低、抗变形能力强、减少通车后养护成本等特点，尤其应用在高寒冻土地区、软土路基地带，具有明显的经济效益。 钢波纹涵管有圆形、椭圆形、半圆形等，进出口也可按照边坡比例做成斜口，加工波纹管管径范围0．5～8 m，管壁厚度为3 mm～7 mm，能够满足填土0．5 ～40 m厚的需要。 2 应用的国家标准、行业规范和标准 2.1中华人民共和国行业标准《公路工程施工安全技术规程》JTJ076-95 2.2中华人民共和国行业标准《公路工程质量检验标准》（土建工程）JGJF80/1-2004 2.3中华人民共和国行业标准《钢结构工程高强螺栓连接的设计、施工及验收规程》JGJ82-91 2.4中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2004
3 施工准备 3.1 技术准备 3.1.1熟悉相关规范、图纸，掌握钢波纹管涵的设计要求。 3.1.2放样出基础的平面位置控制点，根据控制点弹出管涵位置线。 3.1.3在施工组织设计中明确钢波纹管涵的施工流程。 3.1.4施工前向施工班组及技术人员进行书面技术、安全、环保交底。 3.2 机具准备 钢筋钩子、撬棍、扳子、汽车吊、墨斗、尺子、钢丝绳等。 3.3 材料准备 3.3.1材料采购 钢波纹管涵和高强螺栓的规格、数量，应根据设计要求，按长度分别进行统计；并结合施工实际需要进行采购。 3.3.2核对高强螺栓和钢波纹管涵产品的质量合格证明文件及检验报告。
4 操作工艺4.1 工艺流程
波纹管设计计算书 设计者（单位）：上海速连登集团有限公司 日期： 项目名称： 投标编号： 膨胀节类类型 压力引起的应力 直边段周向薄膜应力 S1 MPa 波纹管类型 加强套环周向薄膜应力 S1’ MPa 设计压力 波纹管周向薄膜应力 S2 MPa 设计温度 加强件周向薄膜应力 S2’ MPa 设计位 移 轴向 mm 紧固件周向薄膜应力 S2" MPa 横向 mm 波纹管经向薄膜应力 S3 MPa 角向 ° 波纹管经向弯曲应力 S4 MPa 单波当量轴向位移 mm 位移 应力 波纹管经向薄膜应力 S5 MPa 波纹管 直径 mm 波纹管经向弯曲应力 S6 MPa 波高 mm 疲劳寿命安全系数 波距 mm 波纹管许用疲劳寿命 [N c ] 次 波数 刚度 单波轴向刚度 f i N/mm 壁厚 mm 整体轴向刚度 k x N/mm 层数 整体横向刚度 k y N/mm 材料 整体弯曲刚度 k o N.m/° 弹性模量 MPa 极限压力 柱失稳极限压力 P sc MPa 屈服强度 MPa 平面失稳极限压力 P si MPa 许用应力 MPa 自振频率 阶数 轴向（Hz ） 横向（Hz ） 成型工艺 一阶 材料形态 二阶 加强套环 材料 三阶 弹性模量 MPa 四阶 许用应力 MPa 五阶 长度 mm 压力推力 F p KN 厚度 mm 波纹管展开长度 Lz mm 加强环 材料 波纹管有效面积 Ae ㎡ 弹性模量 MPa 波纹管重量 W Kg 许用应力 MPa 反力（矩） 轴向弹性反力 Fx KN 截面直径 mm 横向弹性反力 Fy KN 紧固件 材料 角向位移反力矩 M o N.m 弹性模量 MPa 横向位移反力矩 My N.m 许用应力 MPa 扭转 扭转角 φ ° 截面直径 mm 扭转刚度 Kt N.m/° 扭转反力矩 Mt N.m
钢波纹管涵施工工法 1 前言 钢波纹管涵是采用波纹状管或由波纹状板通过连接、拼装形成的一种涵洞形式。对公路涵洞来说，涵洞的不均匀沉降是其破坏的主要型式之一，钢波纹管涵具有重量轻、安装方便快捷、耐久性好、工程造价低、抗变形能力强、减少通车后养护成本等特点。从材料与结构和功能的本质关系上分析,采用柔性高强度的钢波纹管涵洞,不仅具有适应地基与基础变形的能力,可以解决因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题,而且钢波纹管涵洞由于轴向波纹的存在使其具有优良的受力特征,轴向和径向同时分布因荷载引起的应力应变,可以更大程度上分散荷载的应力集中,更好地发挥钢结构的优势。尤其在高寒冻土、软土、膨胀土、湿陷性黄土等地带，具有明显的经济效益。 我单位在岢临高速公路施工中采用此工法，大大缩短了涵洞修建时间，保障了全线土石方的正常调配，降低了工程造价，保证了施工工期。 2 工法特点 2.1 此工法操作简单，现场无需大型设备，拼装方法快捷可有效缩短施工周期。 2.2 采用分片拼装技术，不仅能方便涵管的装卸和运输而且现场施工也易于操控。 2.3 免除了砼浇筑、钢筋焊接等工序，对周边噪声污染较少，而且舍弃了常规建材，如水泥、砂、石子、木材等，其环保意义深远。 2.4 管节连接采用柔性对接卡箍连接，避免了传统法兰盘刚性连接的缺点，不仅节省了大量连接螺栓，而且安装拆卸、管身调整更为简便快捷。 2.5 涵管回填时，“楔形区”部位的压实方法采用方形木棒初夯然后再使用小型机具斜向夯实，确保了回填压实质量。 3 使用范围
本工法适用于各等级公路中钢波纹管管径为大于2.0m小于等于6m的涵洞或通道。 4 工艺原理 涵洞施工以钢波纹管结构的“薄壳”受力理论为依据，由于轴向波纹的存在,轴向和径向同时分布因荷载引起的应力应变,可以更大程度上分散荷载的应力集中,充分发挥钢波纹管结构的优势，适应地基变形。 5 施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程 施工所需钢波纹管由工厂标准化生产后运输至施工现场，进行现场拼装，管节安装就位完毕后回填。整个流程包括：基础的开挖、现场的拼装、回填三个阶段，工 5.2 操作要点 5.2.1 施工准备 涵洞施工前要全面熟悉设计文件和设计技术交底，现场核对涵洞的平面位置和角度，如有问题及时提出，施工便道修建完成并能满足施工需求。 5.2.2 施工放样 根据设计提供的导线点、直线曲线转角表及涵洞设计图纸，推算出钢波纹管涵纵横轴线坐标使用全站仪进行总 体定位及细部放样。现场测量必须采用“双检制”，即由两 以避免因思维定势而造成放样错误。 5.3 基础开挖
钢波纹管涵施工工法 一、编制目的 为更好的指导郑州机场至周口西华高速公路钢波纹管涵施工，按照标准化施工要求提高钢波纹管涵施工质量，规范施工工艺，打造精品工程争创国家优质工程特制订本施工工法。 二、编制依据 1、《公路桥涵施工技术规范》JTG_T_F50-2011 2、《公路路基施工技术规范》 JTG F10-2006 3、《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004 4、《HXHG金属镀纹涵管安装操作规范》 5、《公路工程技术标准》JTG B01-2003 6、郑州机场至周口西华高速公路（一期）施工图纸 7、机西高速【2014】3号文件 三、编制内容 （一）、基础施工 1、基坑开挖应以拟建的钢波纹管涵为三倍于钢波纹管涵的宽度为宜。如因工地过小不得以时至少应确保跨径以外l.5m以上的作业空间。这样既方便组装，又利于钢波纹管涵周围的回填密实。 2、地基要对整个钢波纹管涵保持均匀的承载力。要避免软弱基和岩基交叉的地基，如果实在不可避免软弱地基要用优质砂石及砾石压实成形，岩石地基挖掘后用沙砾重新换填，厚度至少30cm，尽量减少整道涵洞的沉降量。 3、基础的厚度从钢波纹管涵的底部算起30一80cm左右为宜，用透水性好，粒度分布良好的沙质土、沙砾或碎石土成形，密实度达到设计要求。材料的最大粒径不得超过钢波纹管波长的1／2且不大于50mm：
4、与波纹钢板接触部分要铺设厚度7—15cm的粗砂垫层，其最大粒径为12mm。基础砂垫层的压实度不应小于96％。 5、按照涵管安装要求在基础上预留0.3—1%的预拱度埋设于一般土质地基上的波纹管，经过一段时间后，常会产生一定的下沉，而且往往是管道中部大于两端。因此，铺设于路堤下的波纹管身要设置预留拱度。其大小根据地基土可能出现的下沉量，涵底纵坡和填土高度等因素综合考虑，通常可为管长的0.3％～1％，最大不宜大于2％，以确保管道中部不出现凹陷或滑坡。如下图： (二)、各种土质地基的处理方法 1、优质土地基 未经筛分的砂、碎石，砂砾土以及砂质土都是比较理想的地基材料，但需清除10cm以上的石块等硬物。 2、一般性土质地基 承载能力不太高的普通地基，需设定厚度一定的基础。但是，若将涵管底基槽原状土经严格夯实(其夯实度到重型击实密实度的90％以上)以后，也可直接将波纹管置于地基上。 3、岩石地基
波纹管设计计算书 设计者（单位）： 日 期：2013-6-14 项目名称： 规格型号：SCTB125-350 膨胀节类型 单式轴横向型膨胀节 压力引起的应力 直边段周向薄膜应力 S1 31.42 Mpa 波纹管类型 无加强U 型 加强套环周向薄膜应力 S1’ 35.62 Mpa 设计压力 0.1MPa 波纹管周向薄膜应力 S2 2.4 Mpa 设计温度 800℃ 加强件周向薄膜应力 S2’ Mpa 设计位移 轴向 16 mm 紧固件周向薄膜应力 S2” Mpa 横向 12 mm 波纹管经向薄膜应力 S3 0.67 Mpa 角向 0 ° 波纹管经向弯曲应力 S4 10.71 Mpa 单波当量轴向位移 5.55 mm 位移应力 波纹管经向薄膜应力 S5 2 6.61 Mpa 波纹管 直径 133 mm 波纹管经向弯曲应力 S6 1764.78 Mpa 波高 20 mm 疲劳寿命安全系数 Nf 10 波距 20 mm 波纹管许用疲劳寿命 [N c ] 1000 次 波数 9 刚度 单波轴向刚度 f i 2666.76 N/mm 壁厚 0.8 mm 整体轴向刚度 K x 296.31 N/mm 层数 2 整体横向刚度 K y 359.86 N/mm 材料 0Cr25Ni20(310S) 整体弯曲刚度 K θ 15.45 N.m/° 弹性模量 139000 Mpa 极限压力 柱失稳极限压力 P sc Mpa 屈服强度 Mpa 平面失稳极限压力 P si Mpa 许用应力 Mpa 自振频率 阶数 轴向(Hz) 横向(Hz) 成型工艺 液压 一阶 材料形态 成形态 二阶 加强套环 材料 0Cr18Ni9(304) 三阶 弹性模量 195000 Mpa 四阶 许用应力 137 Mpa 五阶 长度 30 mm 压力推力 F p 1.8772 KN 厚度 2.00 mm 波纹管展开长度 Lz 523 mm 加强环 材料 波纹管有效面积 Ae 0.0188 M 2 弹性模量 Mpa 波纹管重量 W 2.78 Kg 许用应力 Mpa 反力(矩) 轴向弹性反力 Fx 4.74 KN 截面直径 mm 横向弹性反力 Fy 4.32 KN 紧固件 材料 角向位移反力矩 M θ 0.00 N.m 弹性模量 Mpa 横向位移反力矩 My 2539.46 N.m 许用应力 Mpa 扭转 扭转角 φ 0.00 ° 截面直径 mm 扭转刚度 Kt 11834.27 N·m/° 扭转反力矩 Mt 0.00 N.m
钢波纹管涵 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
钢波纹管涵施工工法 1 前言 钢波纹管涵是采用波纹状管或由波纹状板通过连接、拼装形成的一种涵洞形式。对公路涵洞来说，涵洞的不均匀沉降是其破坏的主要型式之一，钢波纹管涵具有重量轻、安装方便快捷、耐久性好、工程造价低、抗变形能力强、减少通车后养护成本等特点。从材料与结构和功能的本质关系上分析,采用柔性高强度的钢波纹管涵洞,不仅具有适应地基与基础变形的能力,可以解决因地基基础不均匀沉降导致的涵洞破坏问题,而且钢波纹管涵洞由于轴向波纹的存在使其具有优良的受力特征,轴向和径向同时分布因荷载引起的应力应变,可以更大程度上分散荷载的应力集中,更好地发挥钢结构的优势。尤其在高寒冻土、软土、膨胀土、湿陷性黄土等地带，具有明显的经济效益。 我单位在岢临高速公路施工中采用此工法，大大缩短了涵洞修建时间，保障了全线土石方的正常调配，降低了工程造价，保证了施工工期。 2 工法特点 此工法操作简单，现场无需大型设备，拼装方法快捷可有效缩短施工周期。 采用分片拼装技术，不仅能方便涵管的装卸和运输而且现场施工也易于操控。 免除了砼浇筑、钢筋焊接等工序，对周边噪声污染较少，而且舍弃了常规建材，如水泥、砂、石子、木材等，其环保意义深远。
管节连接采用柔性对接卡箍连接，避免了传统法兰盘刚性连接的缺点，不仅节省了大量连接螺栓，而且安装拆卸、管身调整更为简便快捷。 涵管回填时，“楔形区”部位的压实方法采用方形木棒初夯然后再使用小型机具斜向夯实，确保了回填压实质量。 3 使用范围 本工法适用于各等级公路中钢波纹管管径为大于2.0m小于等于6m的涵洞或通道。 4 工艺原理 涵洞施工以钢波纹管结构的“薄壳”受力理论为依据，由于轴向波纹的 钢波纹管结构的优势，适应地基变形。 5 施工工艺流程及操作要点 施工工艺流程 施工所需钢波纹管由工厂标准化生产后运输至施工现场，进行现场拼装，管节安装就位完毕后回填。整个流程包括：基础的开挖、现场的拼装、回填三个阶段，工艺流程图见表1 操作要点 5.2.1 施工准备 涵洞施工前要全面熟悉设计文件和设计技术
钢波纹管涵施工方案 一、工程概况 国道317线俄尔雅塘至岗托段改建公路工程G8合同段，路线起于甘孜县斯俄乡武警三中队（K222+940）,路线基本沿老路布设，甘孜县城段采用绕避县城方案，终点止于K262+900，路线全长44.488公里。 我标段内设计共有钢波纹管涵65道，其中1-1.5米钢波纹管涵64道总长度为865.1米；1-2米钢波纹管涵1道长度49.5米；进出口采用C20片石砼，附属工程锥坡及护坡等采用浆砌片石。钢波纹涵管是替代钢筋砼圆管涵的优质公路建材。该产品具有工期短、重量轻、安装方便、耐久性好、工程造价低、抗变形能力强、减少通车后养护成本等特点，尤其应用在高寒冻土地区、软土路基地带，具有明显的经济效益。 二、应用的标准 《公路工程施工安全技术规程》 JTJ076-95； 《公路工程质量检验标准》（土建工程） JGJF80/1-2004； 《钢结构工程高强螺栓连接的设计、施工及验收规程》 JGJ82-91； 《公路桥涵施工技术规范》 JTJ041-2004； 《公路涵洞通道用波纹管（板）》JT/T791-2010。 三、施工安排 在施工前结合实际作出切实可行的施工组织计划安排：主要采用人工配合机械化施工，安排劳动力150人，准备在
2011年9月3日开工，2011年11月13日完工。 人员配置表
设备配置表 四、施工准备 （一）技术准备 1、熟悉相关规范、图纸，掌握钢波纹管涵的设计要求。 2、放样出基础的平面位置控制点，根据控制点弹出管涵位置线。 3、在施工组织设计中明确钢波纹管涵的施工流程。 4、施工前向施工班组及技术人员进行书面技术、安全、环保交底。 （二）机具、材料、设备、人员准备 1、钢筋钩子、撬棍、扳子、汽车吊（25T）、墨斗、尺子、钢丝绳等。
钢波纹管涵施工方案 一、编制依据 1. 《公路工程技术标准》（JTG-2003）。 2.《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）。 3.《公路桥涵施工技术规范》（JTJ--T F50-2011）。 4.与本工程有关的国家规范及交通部颁发的规范等。 5.我单位拥有的科技工法成果和现有的管理水平、劳力设备，技术能力，以及从事高速公路建设所积累的丰富的施工经验。 6.业主、总监办及驻地办各种相关文件精神。 二、工程概况： 本项目部承建的昌栗高速公路C5标段起讫桩号为K157+000～K165+000，全长8km，全线采用双向四车道高速公路标准，路基宽度26m，共设大桥248m/1座,为里山高架桥，共8跨；中桥86m/1座，为安山中桥，共4跨；分离立交164m/2座，为书堂分离桥及桐树湾分离桥，均为3跨，钢筋砼盖板通道12座，共564.09米，钢筋砼拱通道3座，共231米；盖板涵10座，共504.01米，φ1.5m圆管涵6道，共285.9米；钢波纹管涵2道，共176.5米。 K157+845钢波纹管涵与线路交角120度，涵长101m，基础采用C20碎石砼，侧墙墙身采用C25砼，侧墙基础采用C20砼，结构形式及主要工程数量表见下表： 序号中心 桩号 结构类型 孔数及 孔径 长度 (m) 洞口型式砼总数 量（m3） 备注 进口出口 1 K157+84 5 钢波纹管 涵 1-Φ2.0 101 八字八字146.21 三、施工准备：
1）、现场准备 施工前，现场必须做到三通（路通、水通、电通）一平（清除施 工现场的障碍物），查清地下管线和架空电线的具体位置，并作出明 显标记。 检查和复核测量基准点，增设控制点和水准点，建立控制网、测 量放样须经监理复核同意后方可施工。 2）、人员准备 本工程投入项目部管理人员6人，一个涵洞施工班组25人，后 续施工根据工程进度及时补充技术及劳务人员。具体施工人员组织见 下表。 项目部管理人员组成表 施工班组人员组成表 3）、物资准备情况 钢波纹管涵砼采用本项目部自建拌合站，本项目砼全部为集中拌 合，砼拌合站紧靠主线K163+200，搅拌站紧靠县道544，拌合站占序号 类别 姓名 职责 1 现场施工负责人 邹温兴 现场负责及协调 2 现场技术负责人 贺腾 全面技术管理 3 测量工程师 王凤荣 测量观测 4 质检工程师 刘学佳 现场质量控制 5 专职安全员 王文超 现场安全监督 6 试验工程师 李凡伟 各项试验工作 序号 作业组 主要工作内容 数量（人） 1 队长 负责组织协调各工序操作联系，控制操作规程排除各种施工障碍。 1 3 模板工 按设计尺寸及位置进行模板安装和调整。 6 4 混凝土工 负责混凝土的浇筑和养护。 4 5 电工 负责机械设备安装和安全用电。 2 6 普通工 配合机械进行砂砾换填及其他辅助施工。 10 7 修理工 检查维修机械。 2
钢波纹管涵的主要优点标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
2．钢波纹管涵的主要优点： （1）适应地基变形能力强，对地基承载能力、平整度要求较低，工程实际造价比同类跨径的桥、涵洞低。 （2）施工工期短，主要为拼装施工。采用标准化设计、生产，设计简单，生产周期短。生产不受环境影响，可进行集中工厂化生产，有利于降低成本，控制质量。 （3）现场安装不需要施工大型设备，安装方便。对人力资源缺乏或高危险、高原缺氧地区等工程较为适用。 （4）减少了水凝、块石或碎石、砂等的用量，对砂石资源缺乏的地区或水泥、钢材等运距较远的边远地区较为适用；环保意义深远。 （5）有利于改善多年冻土、软土、膨胀土、湿陷性黄土等特殊地基结构物处的不均匀沉降问题，提高了公路服务性能，减少了工后养护成本。 （6）解决北方寒冷地区及冻土地区对桥梁和涵洞混凝土结构的破坏问题（冻胀与融沉）。 （7）有利于改善软土地基结构物与路堤交界处的“错台”现象，提高行车的舒适度与安全性，减少工后营运、养护成本。 （8）波纹管刚性强度高，结构受力情况合理，荷载分布均匀，并有一定的抗变形能力。在结构上具有横向补偿位移的特性。 （9）钢波纹管涵洞管壁采用了波纹的形式，一方面增大了涵洞与大气接触的表面积，波纹形状增大了管内侧表面的摩擦系数，使大气层流变紊流增强两人管的换热性能；另一方
面波纹管具有较明显的横向补偿位移的作用，同时随着直径的减小横向补偿位移的作用越强。故钢波纹管涵洞对地基扰动小、不渗水、工期短，有利于保持多年冻土的水热平衡。钢波纹管涵与钢筋混凝土圆涵相比，具有以下优点： 1）经过了防腐处理耐久性高； 2）其良好的导热性对冻土区的路基扰动小，地基稳定； 3）其良好的整体性、可塑性对地质条件复杂路段抗变形能力强； 4）钢波纹管涵采用工厂化生产，生产不受环境影响并有利于控制质量； 5）易维护，只需做好内壁的防护保养即可； 6）拼装施工，工期短、重量轻、安装方便，在高海拔区减少大量人工，并可在冬季施工； 7）在高寒冻土地区，软土路基地带，具有明显的经济效益。
金属波纹管的设计计算 金属波纹管设计的理论基础是板壳理论、材料力学、计算数学等。波纹管设计的参数较多，由于波纹管在系统中的用途不同，其设计计算的重点也不一样。例如，波纹管用于力平衡元件，要求波纹管在工作范围内其有效面积不变或变化很小，用于测量元件，要求波纹管的弹性特性是线性的；用于真空开关管作真空密封件，要求波纹管的真空密封性、轴向位移量和疲劳寿命；用于阀门作密封件，要求波纹管应具有一定的耐压力、耐腐蚀、耐温度、工作位移和疲劳寿命。 根据波纹管的结构特点，可以把波纹管当作圆环壳、扁锥壳或圆环板所组成。设计计算波纹管也就是设计计算圆外壳、扁锥壳或团环板。 波纹管设计计算的参数为刚度、应力、有效面积、失稳、允许位移、耐压力和使用寿命。 波纹管的刚度计算 波纹管的刚度按照载荷及位移性质不同，分为轴向刚度、弯曲刚度、扭转刚度等。目前在波纹管的应用中，绝大多数的受力情况是轴向载荷，位移方式为线位移。以下是几种主要的波纹管轴向刚度设计计算方法： ?1．能量法计算波纹管刚度 ?2．经验公式计算波纹管刚度 ?3．数值法计算波纹管刚度 ?4．EJMA 标准的刚度计算方法 ?5．日本TOYO 计算刚度方法 ?6．美国KELLOGG（新法）计算刚度方法 除了上述六种刚度计算方法之外，国外还有许多种其它的计算刚度的方法，在此不再介绍。我国的力学工作者在波纹管的理论研究和实验分析方面作了大量工作，取得了丰硕的研究成果。其中最主要的研究方法是： ?（1）摄动法 ?（2）数值积分的初参数法 ?（3）积分方程法 ?（4）摄动有限单元法 上述方法都可以对波纹管进行比较精确的计算。但是，由于应用了较深的理论和计算数学的方法，工程上应用有一定的困难，也难于掌握，需要进一步普及推广。 金属波纹管与螺旋弹簧联用时的刚度计算
K26+140变更钢波纹管结构验算 工程情况：钢波纹管涵洞，波形300mm*110mm ；直径D=3.0m ；厚度t=4mm ；填土高度H=8.41m;材质Q345 1. 荷载计算 设计荷载主要考虑管顶以上填土高度恒载和行车荷载的综合作用，恒载用DL 表示，动载用LL 表示，总荷载用V P 表示。 a. 土体荷载DL: DL H ω==20KN/m 3*8.41m=168.2KN/m 2 b. 车辆荷载LL: LL=2.63 KN/m 2 c. 对于覆土高度H 大于等于管直径D 的情况，总荷载对涵管的作用有所减小，需要对总荷载进行折减，折减后的荷载可以通过总荷载乘以荷载系数K 来变换得到，荷载折减系数取值如图2所示。 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 657075859095100 802 图2 压实度与荷载系数K 的关系图 压实度和荷载系数之间有着紧密的联系，当覆土高度大于或者等于涵管的直径（跨径）时，恒载和活载的总荷载与填土压实度的关系可以用荷载系数K 来联系。实际工程中一般采用90%的压实度，对应的荷载系数取0.75。即： 当H D ≥时V P (DL LL)K =+，因此：
V P (DL LL)K =+=0.75*（168.2KN/m 2+2.63 KN/m 2）=128.1KN/m 2 2. 环向压力 为适应管材管壁受到径向压力下产生的变形，管结构必须有足够的强度。为防止管材产生屈服、弯曲或裂缝，根据管壁受到的径向压力，可确定出管壁的应力，并将其与容许值相比较。管壁应力的容许值一般是由室内破坏性试验获得。波纹管所能承受的总压力V P 的选 取要考虑波纹管的抗变形能力，按实际工程的要求选择合理压实度，以确定钢波纹管的环向设计压力。 由于涵洞的受力是轴向对称的，可以采用上半部来分析受力情况。管壁上的推力(称为环向压力)由钢材承担，方向与管壁相切，数值上等于管壁的径向应力乘以管半径。对常规的管拱结构，顶部接近半圆，可采用跨径的一半代替半径。作用于管面的应力V P 和波纹管环向压力C 之间的关系为： /2V C P D =?=128.1KN/m 2*3.0m/2=192.18KN/m 3. 极限应力计算 对于钢波纹管涵洞，当回填土体的压实度达到90%的压实标准时，最小屈服应力为310MPa ，极限压应力b f 与D r 有如下关系： 当294D r ≤时，管壁区的极限应力为： f b =310 当294500D r <<时，管壁区的极限应力为： ()2 2750.00058b f D r =- 当500D r >时，管壁区的极限应力为：
说明 1任务依据 根据[交设经〔2010〕170号]文下达关于编制钢波纹管涵通用图任务书。2设计标准 本设计遵照中华人民共和国行业标准、规范及细则： 《公路涵洞通道用波纹钢管(板)》JT/T791—2010； 《公路工程技术标准》JTG B01—2003； 《公路工程水文勘测设计规范》JTG C30—2002； 《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—2004； 《公路圬工桥涵设计规范》JTG D61—2005； 《公路钢筋混凝土砼及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004； 《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63—2007； 《公路涵洞设计细则》JTG/T D65—04—2007； 《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041—2000。 3技术指标 1、设计荷载：公路－Ⅰ级 2、涵洞孔径：Φ150cm、Φ200cm 3、涵洞交角：0°、15°、30°、45°（交角为路线设计线的法线与涵洞轴线之间的夹角）。 不同填土类别、高度壁厚选择(mm) 表-1 150 200 150 200 150 200 注：波纹管波距为150mm，波高为50mm。波纹管涵洞最小填土高度要求大于1.2m。 4 主要材料
1、管身：采用Q235-A热轧钢板制作，钢板屈服强度不应小于235Mpa，抗拉强度不应小于375 Mpa；钢板、钢带应符合GB/T 912或GB/T3274的规定，其尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T 709的规定。 2、洞口墙墙身、翼墙墙身：C20片石混凝土。 3、洞口墙基础、翼墙基础：C20片石混凝土。 4、河床铺砌、隔水墙：C20片石混凝土。 5、帽石：C20混凝土预制块。 6、片石强度：石材强度等级不小于MU30。 7、高强度螺栓、螺母规格为M20，螺栓长度宜为30mm~60mm；法兰盘的材料采用碳素结构钢，其性能应符合GB/T 700要求，抗拉强度不小于350MPa。法兰盘用角钢尺寸、重量及允许偏差应符合GB/T 9787的规定。 8、管节之间、法兰盘之间、翻边结合面之间以及搭接的波纹钢板件之间应采取密封措施。密封料应具有弹性和不透水性，并应填塞紧密。低温条件下密封材料应具有良好的抗冻、耐寒性能。密封料可采用天然橡胶、氯丁橡胶、聚乙烯泡沫或耐候密封胶。 5 设计要点 5.1设计计算： 1、本设计假定钢波纹管和土体均为弹性体。 2、本次设计采用两种方法计算并互相校核，一种是按照公路设计手册建议方法计算，一种是采用有限元理论分析计算。 3、公路设计手册建议方法：涵顶填土对涵洞的竖向压力按土柱重力计算，车辆荷载采用角度分布法计算，以车轮着地面积的边缘向下按30°角度分布，填土容重取γ=21KN/m3。土体荷载分布模式采用公路设计手册的建议模式，不考虑涵洞顶土柱和周围填土间的摩擦力。 4、采用有限元理论分析：采用ANSYS有限元程序进行计算。模型采用2D平面模型，波纹管采用梁单元模拟，土体采用面单元模拟。假定波纹管和土体在界面上没有滑移，波纹管和土体之间的接触以共节点方式模拟。 5.2 构造要求： 1、Φ150cm、Φ200cm跨径波纹管分为圆形整体管，和分片拼装两种。整体管采用整管拼装、法兰螺栓连接，分片拼装管由多片波形钢板片用高强螺栓拼接而成。 2、钢波纹管对地基承载力要求： 表-2 3、洞口形式应根据实际地形情况可采用跌井、直翼墙、八字墙、一字墙、挡墙。不宜采用倾斜的洞口形式。 4、采用碳素结构钢的波纹钢圆管、波纹钢板件、法兰盘及高强度螺栓、螺母，出厂前应进行热浸镀锌防腐处理。 热浸镀锌质量应满足下表要求。
目录 1、工程概述.............................................................. 错误!未定义书签。 1.1编制依据.......................................................... 错误!未定义书签。 1.2工程概况.......................................................... 错误!未定义书签。 2、施工进度计划安排.............................................. 错误!未定义书签。 3、主要人力、机械资源配置及管理机构............ 错误!未定义书签。 3.1人力资源配置.................................................. 错误!未定义书签。 3.2 施工机械资源配置......................................... 错误!未定义书签。 3.3管理机构图...................................................... 错误!未定义书签。 4、主要施工方法、方案........................................ 错误!未定义书签。 4.1施工准备.......................................................... 错误!未定义书签。 4.2施工技术方案.................................................. 错误!未定义书签。 4.3管节拼装、连接............................................ 错误!未定义书签。 4.4整体钢波纹管施工.......................................... 错误!未定义书签。 4.5两侧及顶部回填.............................................. 错误!未定义书签。 4.6洞口砼施工...................................................... 错误!未定义书签。 5、安全管理.............................................................. 错误!未定义书签。 5.1 安全管理技术措施......................................... 错误!未定义书签。 5.2 安全用电......................................................... 错误!未定义书签。 5.3 机械安全......................................................... 错误!未定义书签。 5.4 消防保卫......................................................... 错误!未定义书签。 6、质量保证措施...................................................... 错误!未定义书签。