钢波纹套管对铁路涵洞的加固设计

钢波纹套管对铁路涵洞的加固设计

李永强

中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，河南省郑州市，450000

摘要：通过钢波纹套管在虎丰Ⅰ期铁路中的应用，详细介绍了利用钢波纹套管对铁路涵洞进行加固时的分析思路及计算过程，为今后钢波纹套管在铁路工程中的设计及应用提供参考。

关键词：钢波纹套管；铁路工程；设计。

1 概述

虎丰I期既有线改造项目位于河北省承德市，起点位于滦平县虎什哈镇，终点至于丰宁县天桥镇。线路由京通线虎什哈站站房对侧通辽端引出，接于虎丰II期K0+400。虎什哈至天桥铁路改造全长8.33km。

本项目共25座小桥涵，其中拱涵2座，盖板箱涵23座。填土高范围覆盖0~15m。该线小桥涵普遍存在一定程度的病害，如盖板混凝土剥落、露筋，边墙及底板渗漏水、腐蚀、冻融，八字墙塌陷等。而钢波纹管作为一种新型柔性结构物，不仅具有一定的抗震能力，而且能适应各种复杂地形和不同的路基填土高度。结构具有横向补偿位移的优良特性，能适应较大的沉降与变形。因此，本项目以DK1+823 1-4m盖板涵为例，采用钢波纹套管加固，进行了计算分析和设计，为今后铁路小桥涵采用此种结构类型进行加固提供参考。

2 工程实例

选取DK1+823 1-4X3.5m铁路盖板涵进行有限元分析，采用大型有限元软件MIDAS GTS进行加固前、后受力分析，从理论上分析加固效果的作用。选取沿线路方向桥台以外5m及横向5m范围内的涵洞洞身和路基填土进行模拟。采用普速铁路双线荷载工况，铁路荷载按《铁路桥涵设计规范》(TB 10002-2017)取值，铁路列车单轴重250kN，如下表1所示。考虑到加固方案的可推广性和适应性，增加3组公路工况（含1组超载公路工况）。车辆荷载及其荷载分析系数根据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)进行选取，冲击系数取1.3，单轴重140kN。

盖板涵桥台、承台和盖板采用实体单元模拟，涵洞上方填土采用实体单元模拟，桥台后填土采用等效荷载模拟，钢波纹管采用实体单元模拟，回填混凝土及砂砾层采用实体单元模拟。

表1 荷载工况

有限元整体模型划分如图2所示。

图1 有限元整体模型

表2 加固前后 各荷载工况下 最大主应力及最大等效应力对比表

   图2 加固前 铁路组合主应力(Mpa)           图3 加固前 铁路组合等效应力(Mpa)

图4 加固后 铁路组合主应力(Mpa)           图5 加固后 铁路组合等效应力(Mpa)

由于虎丰I期既有桥涵混凝土强度普遍低于C25，故采用钢波纹套管对本线既有涵洞进行加固极为必要。

3 研究引申

以上是对填土高度为3m的，1-4m铁路盖板涵采用钢波纹套管加固进行的计算分析，其他填土高度和其他孔径的涵洞计算分析过程基本同上，不在赘述。

4 结语

本文是通过计算实例说明钢波纹套管加固涵洞时的计算分析过程，也验证了钢波纹套管在铁路工程中的可实施性，为今后铁路工程中小桥涵加固方式的选取提供了更多选项。

本计算系初次探索和尝试，仍有不足之处，尚需完善和提高。

参考文献：

[1] TB10002-2017 铁路桥涵设计规范[S].

[2] TB10091-2017 铁路桥梁钢结构设计规范[S].

[3] TB10092-2017 铁路桥涵混凝土结构设计规范[S].

[4] TB/T 3466-2016 铁路列车荷载图示[S].

[5] GB 50010-2019 混凝土结构设计规范[S].

[6] JTG D60-2015 公路桥涵设计通用规范[S].

[7] DB 15/T 654-2013 公路波纹钢管（板）桥涵设计与施工规范[S].

[8] 杨猛,吴文圣,齐光远,信岩,王一宁,李国臣,张敬波,魏宝,綦飞,许万宇,王晓龙,邓鑫龙.寒区大孔径钢质波纹管涵洞替代钢筋混凝土盖板或(箱)涵的应用试验研究[Z].国家科技成果.

[9]杨继.钢波纹板拱涵填土施工过程的受力分析[J].四川建材，2018，44（09）.

[10] 乌延玲.公路钢波纹管涵洞受力与变形特性及应用研究[D].长安大学，2012.