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装配式耐腐蚀钢结构排水箱涵
浏览: 发布日期:2018-03-19
       装配式耐腐蚀钢结构排水箱涵是用经过防腐处理后的拱形的波纹钢板作为箱涵上下左右的墙板制作成四个边外拱的箱形单节管道,然后将单节管道沿轴线方向拼接成所需长度的排水箱涵,该结构称为方拱形结构。


工程现场

装配式耐腐蚀钢结构排水箱涵性能

一、  结构强度

       该排水箱涵的结构是由矩形钢结构管道演化而来。如下图所示。但纯粹矩形的钢结构管道无法利用管土共同受力原理。钢板的厚度很厚,经济性能不佳,改为方拱形结构以后,钢板的厚度能大幅度降低。

二、结构试验



①原理
通过油缸顶进来模拟结构受到的填土和行车荷载,用油缸对应的受荷面模拟结构的顶板,根据有限元计算结果,在结构应力最大位置布设应变计,通过土压力盒的读数来确定直接施加在结构上的荷载大小,结构周围土体要求压实,充分发挥结构与土体的协同作用。
②试验过程

 
   
③试验数据与计算数据对比分析
 
 试验挠度与有限元计算挠度数值偏离10%左右,有限元模型拟合度高。
试验测得的最大应力值为120.1Mpa,小于钢材屈服强度,满足结构强度要求。
④工地现场结构试验及测试


        试验方案由同济大学制定。参与试验及测试单位:同济大学、东南大学、安徽省交通设计院市政分院、南京联众建设工程技术有限公司。

⑤底板应变数据

   (1)底板波峰应变变化曲线
说明: 7.22-5

(2)底板波谷应变变化曲线
 说明: 7.22-6
结论:回填(2米填土高)结束后,结构底板波谷受压,波峰受拉,数据的波动是因为回填过程有重载车经过,造成尖峰值,剔除峰值后取密集点最多的范围内波谷最大应变800.0×10-6,波峰最大应变400×10-6,根据钢材弹性模量计算得到最大应力值为168Mpa。
综合实验数据如下表:

 结论:对于顶板,因为填土过程只有顶板全程受约束最少,所以在回填时产生了向上预拱的效果,后续填土至拱顶上时又会下压减少拱度,所以受力最小;其它板片应力数据与有限元模拟的数值偏差较小,且最大应力为168Mpa<345Mpa(钢材屈服强度),可以安全工作。

三、 密封性能


连接方式及密封结构
       橡胶垫片的寿命只有50年,所以在本结构中仅作为密封辅助。而以不锈钢密封条作为永久密封方式。在以上双重密封的同时能保证接缝部位的寿命达到100年。涵体板壁无贯穿孔,螺栓分布在涵体外侧及夹层,无螺栓孔泄露隐患。

       对不锈钢条进行氩弧焊接,作为纵向接缝与周向接缝处热镀锌后金属结构间的连接过渡,就可以将组装完毕后的管体的拼装缝进行二次密封。氩弧焊的热影响区很小,对5~10毫米以外的锌层及其他防腐层几乎无影响,在达到充分密封效果的同时,不伤及构件的防腐层。两节涵体连接后进行密封性能试验,整个涵体结构的密封性能可达到40米高水柱。焊缝的抗渗漏性能达到1.0MPa。

四、防腐蚀性能

材料的防腐方式:碳钢+热镀锌防腐+热熔结耐候塑料及无机粉末(或称为柔性陶瓷防腐)。如下图所示:


       针对各地腐蚀条件和行业防腐要求,我公司与中国防腐蚀协会及南京工业大学、南京工程学院、中国石化集团金陵石化公司等单位合作研究,借鉴及创新了其它领域的高寿命的成熟防腐技术,将有机材料与无机超硬质矿物材料融合,率先在国际上获得了埋地用钢结构的热浸镀锌加热熔结塑料的综合防腐技术,并已在国内高速公路埋地式钢质波纹管涵洞结构中运用,效果显著,获得行业好评。2017年,该项技术获得南京市人民政府颁发的科技进步二等奖。
       2013年6月,以中国工程院院士侯保荣带队的国内知名防腐蚀专家和广东省交通厅副厅长陈冠雄带队的交通行业专家组成的专家组,对我公司热熔结塑料的镀锌波形钢板产品进行现场鉴定,现场审查生产设备、制造工艺、
质量保证等环节,结合各项检测报告,用户反馈等资料,进行了严谨的评估和论证,得出了使用寿命可达100年的结论。专家组名单与论证报告如下图示:


2017年,该项防腐蚀技术获得南京市人民政府颁发的科技进步二等奖。
耐强腐蚀实物试验:

五、截面尺寸

宽度小于7米,高度小于7米,最佳尺寸范围:宽度X高度=(2.5米~4.5米)X(2.5米~4.5米)。

六、抗浮设计


       在涵体两侧的型钢法兰的正下方,设置抗拔锚杆,并与型钢法兰相连,避免了涵体所忌讳的点受力状况。因径向刚度大,本结构能防止产生普通钢波纹管结构易形成的风琴效应问题。

七、施工速度

该结构排水箱涵的单节长度一般是8米~12米,接缝少,施工速度快,每个6到8人的班组,每天可施工50米~80米。

八、可用于复杂地质地带

钢结构是塑性结构抗地震及抗地基沉降能力强,在非常复杂的软土地带可设置伸缩结构及沉降装置。

九、工程造价

以截面尺寸为3米X3米及4米X4米的矩形排水箱涵为例。本结构排水箱涵的综合造价,比混凝土结构的排水箱涵节约造价约10%~15%。

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