预埋金属波纹管因其具有施工方便、环保等优点,在国外被广泛地应用于水利治理、隧道、小跨径桥涵等工程中,但在国内无成熟经验与相应的设计规范,分析研究美国和加拿大规范对我国相应工程的设计与规范的制订具有重要意义。
规范是工程设计的灵魂,系统研究掌握国外标准规范,是企业跨出国门走向海外市场的基础和增强国际竞争力的关键;同时修订与完善国内现行规范,必须借鉴与吸收国际标准的先进经验。
预埋金属波纹管是一种柔性结构,受力情况合理,荷载分布均匀,具有一定的抗震能力,能适应较大的沉降与变形;金属波纹管采用标准化设计、现场安装土建与型材可分开实施,工期短,环保意义深远,工后营运、养护成本低;被广泛应用于水利治理、隧道、小跨径桥梁等许多方面。我国近年大量建设高速公路,预埋金属波纹管具有广阔的应用前景。
目前预埋金属波纹管设计国内并没有相关规范,比较美加规范的目的是为我国的规范制定和工程设计积累经验。
加拿大CHBDC设计方法
加拿大规范采用极限状态设计理论,包括最小覆土厚度计算和结构验算。
美国AASHTO LRFD设计方法
美国规范AASHTO LRFD[4](AASHTO LRFD Bridge Design Specification)采用极限应力设计法,包括最小覆土厚度计算和结构验算。
两种规范设计方法的计算内容不尽相同。加拿大规范规定的结构验算,包括管壁验算和接缝验算,美国规范除规定管壁验算和接缝验算,另有施工搬运刚度验算。
将美国规范计算出的抗力换算成单位面积的应力为230 MPa,改变埋深,美国规范取用的抗力平均比加拿大规范大54。34%;由可见,改变管径,美国规范取用的抗力平均比加拿大规范大50。47%,当管径增大10 m时,加拿大规范下验算已不满足,在计算出的压力已大于加拿大规范的前提下,美国规范强度验算仍然满足。
1、覆土厚度计算,美国规范计算的最小覆土厚度小于加拿大规范。对于施工而言,埋深浅意味土方量少,施工容易;但如果埋深较浅则道路上活荷载造成的冲击不能更好的被填土传递和扩散,造成作用在波纹管上的应力更大,容易产生破坏。从安全角度考虑,加拿大规范更适合推广。
2、结构强度验算中的管壁强度验算,从表4 到表6的计算结果看,美国规范的荷载和抗力都比加拿大大,且加拿大规范已验算出不满足强度要求的算例美国仍满足,由此得出加拿大规范更加安全,更适合推广。
3、美国规范的施工搬运验算,用于检验施工搬运过程中结构刚度是否满足,是加拿大规范的良好补充,适合推广。