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1、波纹钢涵应用研究,李祝龙 博士2010-8-7.乌鲁木齐,2010-08-07.乌鲁木齐,报告内容,概述应用情况国内外研究现状关键技术研究与应用趋势,2010-08-07.乌鲁木齐,概述,问题:什么是波纹钢涵？有哪些类型？为什么采用波纹钢结构？优点有哪些？适用性如何？,2010-08-07.乌鲁木齐,概述,什么是波纹钢涵？定义：涵洞采用钢板或钢带制波纹状。三个要素涵洞，能不能作为通道？YES钢板或钢带波纹状一个动作制成：轧制、卷制,2010-08-07.乌鲁木齐,背景,有哪些类型？螺旋波纹钢圆管spiral steel pipe钢板或钢带经加工制成螺旋形波纹圆管,2010-08-07.乌鲁木齐
2、,背景,有哪些类型？环向波纹钢圆管corrugated steel pipe钢板或钢带经加工制成环向的波纹圆管,2010-08-07.乌鲁木齐,背景,有哪些类型？波纹钢板件corrugated steel plate钢板经环向加工制成具有一定曲面的波纹板,2010-08-07.乌鲁木齐,概述,为什么采用波纹钢结构？波纹结构钢结构波纹结构提供高刚度轴向变形补偿，波纹管多用作膨胀节，乃作为热胀冷缩之过渡所用，应力和变形的缓冲钢结构高强度柔性结构塑料的能不能用？YES，城市排水多用，污水管道、耐腐蚀管道限于小孔径30m,Span: 1.2 3m,2010-08-07.乌鲁木齐,应用情况国外,意大利,
3、2010-08-07.乌鲁木齐,应用情况国外,韩国,京义线铁路桥矢高5.29米跨径 11.63米长度 70米厚 7毫米,南原如愿哉道路桥矢高7.9米跨径 15.8米长度 31米厚 7.01毫米,蔚山江东道路蔚山隧道出入口矢高5.7米跨径 11.4米长度145米厚 7.01毫米,2010-08-07.乌鲁木齐,应用情况国外,韩国,永德成内道路工程,涵洞：跨 11.2m, 高 6.6m, 长 48m, 厚 7mm,通道：跨 6.4m, 高 5.2m, 长 49m, 厚 5.3mm,如州龟尾高速公路16工区,跨 10.8m, 高 6.2m, 长 58.6m, 厚 7mm,天安千湖池桥,跨 5.8m,
4、 高 1.8m, 宽 4.3m, 厚 3.2mm,2010-08-07.乌鲁木齐,应用情况国外,韩国,丸周新村桥,跨 9.988m, 高 2.867m, 长 5m, 厚 8mm,高达山东,跨 12.0m, 高 5.948m, 长 21m, 厚 6mm,和顺郡吴音1桥,跨10.514m, 高 3.547m, 宽 6.6m, 厚8mm,2010-08-07.乌鲁木齐,加固公路箱涵,应用情况国外,美国,双椭圆形波纹管通道,2010-08-07.乌鲁木齐,应用情况国外,安哥拉,2010-08-07.乌鲁木齐,钢波纹板拼装式结构，由于设计连接缺陷，在使用中遭到破坏。,2010-08-07.乌鲁木齐,钢波
5、纹板拼装式结构，由于防腐措施不当，在使用中腐蚀严重。,2010-08-07.乌鲁木齐,应用情况国内,19972010， 13年来不完全统计全国推广应用钢波纹管涵洞累计10910道。西藏、上海、青海、内蒙古、山西、河北、黑龙江、新疆、天津、宁夏、吉林、湖北、陕西等13省（区、市）涉及行业：公路、铁路、矿区、市政孔径：0.58.0截面：圆形、拱形、椭圆形,2010-08-07.乌鲁木齐,2010-08-07.乌鲁木齐,应用情况国内,应用效果,河北衡景公路,山西临汾汾河大桥越汾河,内蒙鄂尔多斯市东胜环城一级公路,青藏公路使用10年,青藏铁路使用6年,2010-08-07.乌鲁木齐,上海A3、A4高速
6、公路4.0米拼装波纹钢板管涵造价比混凝土箱涵降低了20%30%。,应用情况国内,2010-08-07.乌鲁木齐,应用情况国内,西柏坡公路30余座，直径1m6m,运城陌南至芮城沿黄公路5米,2010-08-07.乌鲁木齐,应用情况国内,承唐、青兰高速武安-涉县段50座，0.6-6.0m,大杖子滦河大桥,邢台隆昔线,内蒙古省际通道乌兰浩特段4米,2010-08-07.乌鲁木齐,国内外研究现状,国外：结构研究报道相当少见；结构设计经验法；多为应用研究报道近些年，腐蚀研究报道较多。,2010-08-07.乌鲁木齐,国内外研究现状,国内：中交一公院19971999年，为解决多年冻土地区涵洞的不均匀沉降难
7、题，首次研制3道试验涵。20002004年，为解决设计与施工难题，开展交通部规范专题研究；青藏铁路试验涵洞2道。20052007年，为解决设计中繁琐的反复计算问题，研制设计软件。20062009年，为探索大孔径涵洞的力学特征，开展了大孔径涵洞技术研究；河北省修建试验涵洞3道。20082010年，开展了大孔径通道技术研究。湖北试验涵洞2道。2008 2010年，交通运输部行业标准、青海省地方标准2009 2010年，交通行业工法,2010-08-07.乌鲁木齐,国内外研究现状,国内：其他单位内蒙古交通规划设计院20032005年， “波纹钢管涵应用技术研究”，1.5m和2.0m圆管涵及5.5m拱
8、涵， 3道试验涵20072009年； “波纹钢结构在小桥与涵洞上的应用技术研究”，试验小桥1座，跨径7.4m上海市政工程设计研究院19981999年，椭圆形通道试验研究，上海新开河4米青海省公路科研勘测设计院设计与应用研究、地方标准,2010-08-07.乌鲁木齐,关键技术,防腐与使用条件受力规律结构设计技术施工技术,2010-08-07.乌鲁木齐,关键技术防腐与使用条件,目的：解决适用性难题耐久性及使用寿命预估值不同场合的防腐蚀方案和技术要求使用条件,2010-08-07.乌鲁木齐,关键技术防腐与使用条件,波纹钢涵洞的腐蚀机理 土壤腐蚀大气腐蚀水腐蚀磨蚀,2010-08-07.乌鲁木齐,土壤
9、腐蚀,埋地钢结构腐蚀速度跟土壤类型、土壤性质有着密切关系。 土壤最小电阻率和最大孔蚀速率与最大腐蚀率存在一定的相关关系 图1 最大腐蚀率与各参量的相关性,2010-08-07.乌鲁木齐,土壤腐蚀,我国地域辽阔，自然条件复杂，拥有种类繁多的土壤。 按腐蚀划分的我国主要土壤类型,2010-08-07.乌鲁木齐,2010-08-07.乌鲁木齐,土壤腐蚀,潮土和棕漠土：钢腐蚀率存在最不利含水量并非含水量越大腐蚀越严重”潮土在30附近，棕漠土则在16附近,2010-08-07.乌鲁木齐,土壤腐蚀,针对埋地钢波纹管涵洞内侧存在大气腐蚀、水腐蚀（水环境腐蚀与水体密切相关），外侧存在土壤腐蚀的实际情况，提出进
10、行防腐设计，采取必要的措施，考虑设计年限问题在使用年限内应进行定期防腐检查和养护，并根据需要进行二次防腐大修的策略。,2010-08-07.乌鲁木齐,磨蚀,山区泥砂磨蚀：流速较高（大于5m/s）时钢波纹管涵洞泥砂磨蚀较大。无磨蚀：(对应美国水平 1) 没有砂石迁移物质；低磨蚀：(水平 2) 有砂和砾石迁移物质，速度小于等于1.6m/s；中等磨蚀：(水平 3) 有砂和砾石迁移物质，速度在1.65.0m/s之间；严重磨蚀：(水平 4) 严重的砾石和岩石迁移，速度超过5.0m/s。如磨损较严重应采用不同的内壁处理方法。,2010-08-07.乌鲁木齐,关键技术防腐与使用条件,耐久性及使用寿命预估 耐
11、久性国外研究资料使用寿命分析使用寿命预估案例,2010-08-07.乌鲁木齐,耐久性国外研究资料,1978 年，美国钢铁学会AISI， 81个道钢波纹雨水管调查研究表明77 道良好状况使用时间为1665年。四道需要维修的平均使用32年，其中1道处于极端腐蚀的环境中，电阻率只有 260 -cm。1986 年，加拿大钢波纹管协会NCSPA与美国钢铁学会AISI合作，调查22 个州镀锌和涂沥青的管使用时间2074年，结论：土壤电阻率从 1326 到 77000 -cm， PH值从 5.6 到 10.3，涂装后的CSP 系列在一些土和水环境下可提供100 年的寿命。,2010-08-07.乌鲁木齐,耐
12、久性国外研究资料,1993年，哥伦比亚运输部检查了21个结构板和有镀锌保护层的内壁使用时间 2060年，完好。试验估计除2个结构外，服务寿命超过 100 年 1988 年，加拿大亚伯达省综合研究，检测201个安装管的锌损失，测量土壤和水PH值、电阻率以及管和土之间的电位。研究得出：平均寿命的期望值为81 年，最小50 年的寿命可达到83%。,2010-08-07.乌鲁木齐,使用寿命分析,国外钢波纹管涵洞的寿命一般在50年以上，也存在一些使用70年以上的，个别预估寿命100年。我国钢波纹管涵洞研究刚刚起步，尚未有其他学者深入研究其腐蚀及防腐蚀技术。一般地区的钢波纹管涵洞镀锌层的寿命应达到3050
13、年以上。如果考虑钢波纹管涵洞防腐的非金属涂层、养护（大修、二次防腐）、设计厚度腐蚀富裕量等，钢波纹管涵洞的耐腐蚀寿命达到50年以上。土壤腐蚀弱的地区，寿命可能也达100年。,2010-08-07.乌鲁木齐,使用寿命预估案例,基础资料泗洪至许昌高速公路淮北段土壤类型主要有潮土和砂礓黑土两大类。部分棕壤、水稻土分布。普通潮土（黄潮土）pH值8085，盐化潮土pH值大于85，碱化潮土pH值8.510.0；灰潮土pH值5.06.5；湿潮土pH值5.065。水稻土pH值5.57.0。,2010-08-07.乌鲁木齐,使用寿命预估案例,预测基本参数,2010-08-07.乌鲁木齐,使用寿命预估案例,预测方法我国未建立金属波纹管结构的防腐寿命预测方法。国际上通用的是采用美国钢铁学会方法。依据美国16个钢波纹管标准镀锌610 g/ m2覆盖层为基础研究得出的。 寿命年限可表示为下式：当pH7.3,其中，Y寿命年限，年；R电阻率，.cm；pH土壤的pH值。,2010-08-07.乌鲁木齐,使用寿命预估案例,
