钢波纹管设计计算书
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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PV表示。
a. 土体荷载 DL: DL H =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。
y=9E-0.6x 4-0.0032X3+0.4222X2 -24.775X+546.91
R2=0.9987
1
0.8 0.6
65 70 75 80 85 90 95 100
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 FV K(DL LL)，因此： 2
1.8
1.6
1.4
1.2
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 FV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 FV和波纹管
环向压力C之间的关系为：
C FV D/2=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fb与D r有如下关系：
当D r 294时，管壁区的极限应力为：
fb=310
当294 D r 500时，管壁区的极限应力为：
fb 275 0.00058 D. r 2
当D r 500时，管壁区的极限应力为： PV K(DL LL) =0.75* (168.2KN/m 2+2.63 KN/m 2) =128.1KN/m
7 .
3.4 10 D r
式中： D为波纹管涵的直径；r为波纹管涵的截面回转半径。
结合本工程实际情况， 涵管D=3.0m ;波纹形状300mm*110mm 壁厚为4mm的钢波 纹管管取 r
=38.86mm ，即 D. r =3000/38.86=77.2 v 294，故取 fb=310MPa。
当取安全系数为2时，极限应力的计算值为:
fc fb 2 =310/2 MPa=155MPa=1550 kg/cm
4. 波纹管涵强度校核
根据设计要求，必须使得设计应力 Pc W fc，而环向压力C和设计应力 巳有如下关系,
Pc=C/A=192.18/0.524=366.76<1550Kg/cm
故采用波形300mm*110mm ，直径D=3.0m，厚度t=4mm 的钢波纹管涵洞在 8.41m
填土高度公路一I级荷载作用下能够满足截面强度要求。
5. 施工刚度
考虑到钢波纹管涵制作和安装的方便， 在无支撑时不至于产生较大变形， 波纹管结构需
要达到一定的刚度要求。根据实际经验可得，柔度系数 FF—般与波形的组合以及金属层厚
度有关，采用柔度系数 FF能够对各种波形和不同厚度组合的波纹管结构产生有效的控制。 可以用式来表示其相关关系：
2
FF D /EI
本工程中采用波形 300*110mm ，直径 D=3.0m，厚度t=4mm 的钢波纹管涵洞，
1=7911.51 mm 4/mm , E 取 20 X10 4 kg/cm 2。根据设计与施工要求， 须满足：FF W0.114 ,
FF=D2/(E*l)=3000 2/(20 X104 X7911.51)=0.0057<0.114
本工程中波纹管能够符合施工的刚度要求。
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