摘 要

论文主要研究了预制拼装箱型涵洞在拼装、回填压实过程及运营阶段的内力和变形情况，查阅相关设计资料和规范获得数据和理论支撑，借助Ansys 15.0有限元软件对预制拼装箱型涵洞进行建模，将预制洞身和现浇底板部分分别建立模型，用上覆土层分层施加来模拟土层回填压实过程，通过模型进行有限元计算得出相应的内力和变形结果，再针对整个施工过程和运营过程中内力与变形的变化过程进行数据分析。

研究结果对于了解整体式箱涵在填土荷载、施工荷载和车辆荷载作用下的响应，明确结构受力性能和安全性能具有重要的指导意义。

本文的特色在于将复杂的实际结构简化为二维模型，不仅分析了各个阶段的内力与变形情况，重点是根据各阶段的变化情况总结出相应规律。

关键词：预制拼装箱型涵洞；建模计算分析；内力与变形

Abstract

This paper mainly studies the stress and deformation of the precast assembled box culvert in assembly, backfill compaction process and operation stage. Supported by the data and theories which are from relevant design data and specifications, this paper simulates the prefabricated box culvert with the help of the finite element analysis software Ansys 15.0. Firstly, the model of the prefabricated culvert and the cast-in-place floor are established respectively. Backfill soil is applied layer by layer to simulate the backfill compaction process. The corresponding stress and deformation results are calculated by finite element analysis method, and then the data analysis is carried out for the change of stress and deformation during the whole construction and operation process .

The research results have important significance for understanding the response of the prefabricated box culvert under the earth pressure, construction load and vehicle load, determing the mechanical behaviors and safety performance of the structure.

The characteristic of this paper is to simplify the complex structure into a two-dimensional model, which not only analyzes the stress and deformation of each stage, but also summarizes the corresponding rules according to the changes of each stage.

Key Words：Prefabricated box culvert; modeling and calculation analysis; stress and deformation

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 国内外研究综述 1

1.3 预制拼装箱型涵洞概述 2

1.3.1 预制拼装箱型涵洞简介 2

1.3.2 预制拼装箱型涵洞的发展趋势 4

1.4 研究内容及技术路线 5

1.4.1 研究内容 5

1.4.2 技术路线 5

第2章 建模前的资料收集 7

2.1 设计说明资料 7

2.2 相关规范规定 9

第3章 计算分析理论介绍 10

3.1数值分析方法 10

3.2有限元原理 11

3.2.1 有限单元法的基本思想 11

3.2.2 有限单元法的基本原理 12

3.2.3 有限单元法的一般过程 12

3.3 Ansys 15.0概述 13

3.3.1 Ansys软件组成 13

3.3.2 Ansys软件分析流程 14

3.3.3 Ansys参数化设计语言 14

第4章 Ansys 15.0建模 16

4.1软件的选择 16

4.2前处理命令 16

4.2.1 模型维度的选择 16

4.2.2 几何图形的输入 17

4.2.3 网格划分 18

4.3 求解阶段 19

4.3.1 自由度约束 19

4.3.2 荷载步定义及荷载施加 20

第5章 计算结果 22

5.1计算结果说明 22

5.2箱涵预制部分吊装完成阶段 22

5.3底板现浇阶段 25

5.4回填压实阶段 28

5.4.1初始回填压实 28

5.4.2回填压实中间阶段 31

5.4.3回填压实结束阶段 34

5.5运营阶段 36

第6章 结论 39

6.1 X方向应力变化总结 39

6.2 Y方向应力变化总结 39

6.3 X方向变形的变化总结 40

6.4 Y方向变形的变化总结 40

6.5总结 41

6.6 不足与展望 41

参考文献 42

致谢 43

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

本论文研究的背景是昌九高速公路的改扩建工程。根据工程可行性报告和沿线建设条件，本次改扩建工程综合考虑老路状况、互通立交分布情况和充分利用老路的需要，按各项相关规范执行，将原双向4车道高速公路改建为双向8车道高速公路。改扩建工程起点位于昌九高速公路昌北枢纽九江往东外环的分流处，桩号为K8 054.607，终点与正在实施中的昌九高速公路改扩建通远试验段起点相接，终点桩号K103 602，路线全长87.819公里。

本项目第1设计合同段共有涵洞、通道156道，其中盖板和箱形85道，圆管66道，倒虹吸3道，拱涵2道。数量上盖板和箱形占大多数，并且其孔径也大于圆管涵，工程规模占主导地位。因此本论文将针对整体式箱形涵洞进行受力计算分析。

涵洞、通道在高速公路上具有数量大、分布广的特点，其施工进度和质量在公路建设中起举足轻重的作用。传统箱型涵洞的施工方法是现场浇筑法，运用这个方法，浇筑的场地比较分散，浇筑的箱涵的质量非常受到施工人员素质和施工水平的限制。另外由于施工条件原因如天气恶劣的影响以及混凝土现场浇筑需要足够的混凝土的龄期的原因，施工的速度不能得到有力的保证。鉴于如此，采用标准化设计、工厂化预制、装配化安装新理念的预制拼装箱型涵洞，可以提高工程质量，缩短施工工期，降低工程造价，减少土地占用和环境污染。而这种整体式箱涵是一种新结构，其受力安全性和可行性的研究十分重要。