CN118194418A - 公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法及系统，涉及公路工程的技术领域，包括：获取工程环境参数，基于所述工程环境参数，确定竹缠绕复合管涵的埋设参数；基于荷载等级和所述竹缠绕复合管涵的埋设参数，确定所述管涵的设计参数；基于公路荷载作用下，确定所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度；基于所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度，确定所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数。该设计方法可作为公路工程选用低碳环保的竹缠绕管涵的依据，便于设计中选取合理的管径、壁厚组合，指导竹缠绕复合管涵环向刚度设计，该设计方法可推动竹复合管涵在公路工程的应用，推动交通行业的绿色环保、低碳节能。

Description

公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法及系统

技术领域

本发明涉及公路工程的技术领域，尤其是涉及一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法及系统。

背景技术

涵洞是公路交通工程中的重要组成部分之一。在公路工程中，涵洞的数量和造价都占有较大的比重，如平原地区，每公里平均约有1至3道（座）；山岭重丘地区，每公里平均约有4至6道（座）；小桥涵工程数量约占桥涵总数的70%至80%，小桥涵工程造价约占桥涵总额的50%以上。

现有的涵洞一般采用钢筋混泥土管道，其混泥土管道技术成熟，具有地埋管所需的高刚度，但是作为传统管材，生产水泥、钢筋等使用的原材料均为不可再生资源，且生产加工过程存在高能耗、高污染问题。

基于我国丰富的竹子资源和优良的竹材特性而研制的竹缠绕复合管，具有轻质、高强和环保的优势可替代传统钢筋混泥土管涵，从而提高天然可再生资源的利用效率和节能减排。但是目前缺乏公路标准下竹缠绕复合管涵设计标准及依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法及系统，以解决了现有技术中存在的缺乏公路标准下竹缠绕复合管涵设计标准及依据的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法，所述竹缠绕复合管涵包括内衬层、增强层和防护层，其中，所述内衬层由树脂、竹纤维无纺布和竹针织毡制成；所述增强层由竹篾和氨基树脂制成；所述防护层由树脂和防辐射填料制成，所述方法包括：

获取工程环境参数，基于所述工程环境参数，确定竹缠绕复合管涵的埋设参数；

基于荷载等级和所述竹缠绕复合管涵的埋设参数，确定所述管涵的设计参数；

基于公路荷载作用下，确定所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度；

基于所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度，确定所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数。

在可选的实施例中，所述管涵的设计参数包括涵洞顶部的自重、竖向土压力和车辆荷载。

在可选的实施例中，确定车辆荷载，包括：

可利用如下公式，计算得到管涵顶车辆荷载压力：

式中，P为车辆车轮荷载之和，为管涵外径，为沿管涵布设方向车辆荷载扩散宽度，为车辆行驶方向车辆荷载扩散宽度。

在可选的实施例中，获取工程环境参数，基于所述工程环境参数，确定竹缠绕复合管涵的埋设参数，还包括：

基于地下水位位置和管涵自重，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数。

在可选的实施例中，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数，包括：

获取地下水位的具体位置；

基于所述地下水位的位置，计算所述竹缠绕复合管涵的承受浮力；

计算所述竹缠绕复合管涵的自重；

基于所述竹缠绕复合管涵的自重和所述承受浮力，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数。

在可选的实施例中，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数，包括：

可利用如下公式，得到竹缠绕复合管涵抗浮系数：

式中，为管涵自重，为竖向土压力。

在可选的实施例中，基于公路荷载作用下，确定所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度，包括：

根据最大变形率的要求利用如下公式计算管涵所需的最小环刚度：

式中，为变形滞后效应系数，为变形系数，为可变荷载准永久系数；为回填土体综合变形弹模，为柔性管涵最大变形率。

在可选的实施例中，所述设计方法还包括：

基于管涵最大环向弯曲应力和竖向变形应力，验证所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数是否符合设计要求。

在可选的实施例中，验证所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数是否符合设计要求，包括：

若所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数不符合设计要求，则改变所述壁厚或所述环刚度，并再次进行应力验证，直至满足要求。

第二方面，本申请实施例还提供了一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计系统，包括：

获取模块，用于获取工程环境参数，基于所述工程环境参数，确定竹缠绕复合管涵的埋设参数；

参数模块，基于荷载等级和所述竹缠绕复合管涵的埋设参数，确定所述管涵的设计参数；以及基于公路荷载作用下，确定所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度；

设计模块，基于所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度，确定所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数。

本发明提供的一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法及系统，通过获取工程环境参数，基于所述工程环境参数，确定竹缠绕复合管涵的埋设参数；基于荷载等级和所述竹缠绕复合管涵的埋设参数，确定所述管涵的设计参数；基于公路荷载作用下，确定所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度；基于所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度，确定所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数。从而实现以管涵本身最大变形量作为刚度设计指标，以管壁最大应力为强度设计指标，结合公路荷载计算，提出了管涵环刚度的设计参数及设计流程，该设计方法可作为公路工程选用低碳环保的竹缠绕管涵的依据，便于设计中选取合理的管径、壁厚组合，指导竹缠绕复合管涵环向刚度设计，该设计方法可推动竹复合管涵在公路工程的应用，推动交通行业的绿色环保、低碳节能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法的流程示意图之一；

图2为本发明实施例提供的竹缠绕复合管涵横断面的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的竹缠绕复合管涵公路荷载作用的示意图 ；

图4为本发明实施例提供的沿管涵布设方向公路荷载扩散示意图；

图5为本发明实施例提供的沿车辆行驶方向公路荷载扩散示意图；

图6为本发明实施例提供的公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法的流程示意图之二；

图7为本发明实施例提供的公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计系统的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前现有的涵洞均是采用钢筋混凝土管道，其中，生产水泥、钢筋等使用的原材料均为不可再生资源，且生产加工过程存在高能耗、高污染问题，而竹缠绕复合管具有轻质、高强、环保的优势可代替部分传统钢筋混凝土管涵，可提高天然可再生资源的利用效率和节能减排，但是目前缺乏公路标准下竹缠绕复合管涵设计标准及依据。基于此，本发明实施例提供了一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法及系统，通过建立竹缠绕复合管涵结构在不同公路桥涵交通荷载下的受理模型及设计理论，从而实现竹缠绕复合管涵在公路桥涵中的大规模制造与应用提供理论基础和依据。

图1为本发明实施例提供的一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括如下步骤：

S110、获取工程环境参数，基于所述工程环境参数，确定竹缠绕复合管涵的埋设参数。

其中，工程环境参数包括水文计算、地形条件和地质参数等，这些参数可在工程规划和实施过程中，确保工程的安全性和稳定性。其中，水文计算主要是对流域内的降雨、径流、洪水等水文要素的分析和计算，是确定工程排水能力、防洪标准等的重要依据；地形条件则是反映工程所在地的地貌特征，如坡度、高程等，对工程的布局和施工方案有直接影响；地质参数反映了工程场地的土壤类型、地下水位及岩层分布等地质特征，可用于评估工程稳定性。

竹缠绕复合管涵的埋设参数包括管涵的埋置位置、埋置深度以及管涵的直径，其中埋置位置是根据工程环境参数确定竹缠绕复合管涵在工程场地中的具体安装地点；埋置深度是竹缠绕复合管涵顶部到地面的垂直距离，可根据地质稳定性、地下水位、地面荷载和冻土深度等因素，确定埋置深度，以确保管涵的安全运行和长久使用；管涵直径是管涵的横截面尺寸，可根据工程流量、流速以及水利计算等要求确定管涵直径，以确保管涵能够满足工程的排水或输水需求。

进一步，通常竹缠绕复合管涵应用于填土高度、地下水位低、土质稳定的过水通道中。

在一些实施例中，如图2所示，竹缠绕复合管涵包括内衬层、增强层和防护层，其中，内衬层由树脂、竹纤维无纺布和竹针织毡制成；增强层由竹篾和氨基树脂制成；防护层由树脂和防辐射填料制成。

竹缠绕复合管涵是以天然竹材为基材，以树脂为胶黏剂，通过采用缠绕工艺加工成型的新型生物基材料，竹缠绕复合管涵沿管径方向由内到外依次包括内衬层、增强层和防护层，其中内衬层由树脂、竹纤维无纺布和竹针织毡制成，从而保证了内衬层的密封性和防渗漏性，同时还增强了强度和韧性；增强层由2m长、5mm宽的竹篾和氨基树脂制成，使管涵在承受外部荷载时能够保持稳定的结构形态，提高整体的承载能力；防护层由树脂和防辐射填料制成，能够有效地抵御外部环境的侵蚀和辐射，延长管涵的使用寿命。

S120、基于荷载等级和所述竹缠绕复合管涵的埋设参数，确定所述管涵的设计参数。

在公路设计中，荷载等级主要用于描述车辆对路面的压力和影响，不同等级的公路对应不同的荷载标准，例如，一级公路的最大限重为50吨，其荷载标准为A级荷载是指车辆标准轴重在10至13吨之间的货车，每轴距不超过2.5米，车速不超过60公里/小时，二级、三级和四级公路也分别有相应的荷载标准和最大限重。

管涵的设计参数包括涵洞顶部的自重、竖向土压力和车辆荷载，其中，涵洞顶部的自重是涵洞结构本身的重量，涵洞顶部的自重取决于涵洞的材料、尺寸和形状；竖向土压力是由土壤重量产生的，作用于涵洞顶部的垂直向下的力；车辆荷载是由行驶在涵洞上方的车辆产生的，包括汽车的重量、加速度、制动力等。在进行涵洞设计时，通过上述荷载，确定涵洞结构的承载能力和稳定性。其中，还应考虑在满足高速公路、等级公路桥涵设计的汽车荷载、恒载、附加荷载，为竹缠绕复合管涵设计荷载。

在一些实施例中，可利用如下公式，计算得到管涵顶车辆荷载压力：

式中，P为车辆车轮荷载之和，为管涵外径，为沿管涵布设方向车辆荷载扩散宽度，为车辆行驶方向车辆荷载扩散宽度。

本申请中，如图3所示，车辆荷载按照扩散角30°沿土层扩散，并考虑相邻车轮间的叠加和最不利车辆布置对涵洞的影响，如图4所示，沿管涵纵向和横断面方向，分别考虑第i（i=1,2…）个车轮排列布置，取荷载扩散线重叠和不重叠两种工况最大涵顶压力。

如图5所示，车辆荷载的计算需要考虑车辆的重量、轮胎与地面的接触面积以及荷载的扩散，如果车辆荷载按照扩散角30°沿土层扩散，并且考虑相邻车轮间的叠加，则需要计算每个车轮产生的压力，并考虑其在土层中的扩散。

首先计算单个车轮对地面的压力，该压力取决于车轮的载重和接触面积；然后，根据扩散角30°，计算车轮压力在土层中的扩散范围；当多个车轮靠近时，则压力会叠加，需要计算叠加区域内的总压力，且需要考虑车辆沿涵洞纵向和横断面方向的不同布置方式，确定最大涵顶压力的布置。

需要说明的是，对于荷载扩散线重叠和不重叠两种工况，需要分别计算涵洞顶部的总压力，在重叠工况下，需要考虑多个车轮压力在涵洞顶部的叠加效应；在不重叠工况下，则只需简单叠加各个车轮产生的压力。

在一些实施例中，根据涵洞的材料密度和体积得到涵洞顶部的自重：

式中，为涵洞的材料密度，V为涵洞的体积。

在一些实施例中，竖向土压力可通过朗肯土压力理论或库仑土压力理论来计算，其中，对于朗肯土压力理论可利用如下公式得到：

式中，为主动土压力，为土的容重，H为覆土厚度，是土的内摩擦角，为被动土压力。

为了保证涵洞的稳定性和安全性，故需要确定管涵的抗浮系数。

在一些实施例中，基于地下水位位置，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数，具体的，可通过如下步骤确定竹缠绕复合管涵抗浮系数：

步骤11、获取地下水位的具体位置；

步骤12、基于所述地下水位的位置，计算所述竹缠绕复合管涵的承受浮力；

步骤13、计算所述竹缠绕复合管涵的自重；

步骤14、基于所述竹缠绕复合管涵的自重和所述承受浮力，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数。

上述步骤12中，竹缠绕复合管涵的承受浮力是由于地下水位上升而对管涵产生的向上的力，可利用如下公式，得到竹缠绕复合管涵的承受浮力的大小：

式中，为水的密度。

上述步骤14中，抗浮系数是管涵自重与承受浮力之比，用于评估管涵低抗浮力的能力，其中，抗浮系数越大，管涵抵抗浮力的能力越强，可利用如下公式，得到竹缠绕复合管涵抗浮系数：

式中，为管涵自重，为竖向土压力。

如果计算得到的抗浮系数小于安全阈值即，则需要采取措施使其抗浮系数大于或等于安全阈值。

进一步，可通过调整管涵埋置位置和修改管涵尺寸使其抗浮系数大于或等于安全阈值，例如，将管涵埋置得更深，以减少其在水下的部分，从而降低所受浮力或增加管涵的壁厚或长度，以增加其自重。

S130、基于公路荷载作用下，确定所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度。

环刚度是衡量管道抵抗变形能力的一个重要指标，由于不同管道材料、结构和使用条件而不同，因此，需要明确最大变形率与环刚度之间的关系，该关系可通过实验数据或工程经验来确定，以确保设计的合理性和安全性。

进一步，在设计中需要根据最大变形率的要求利用如下公式计算管涵所需的最小环刚度：

式中，为变形滞后效应系数，为变形系数，为可变荷载准永久系数；为回填土体综合变形弹模，为柔性管涵最大变形率，本申请中可为2%或3%。

S140、基于所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度，确定所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数。

为了确保设计的管涵的管径和壁厚的准确性和可靠性，根据最小环刚度值，结合产品手册，选取管径-壁厚参数组合。

在一些实施例中，具体选取管径-壁厚参数，可通过如下方法：

首先，通过查阅竹缠绕复合管涵的产品手册，产品手册通常会列出不同管径和壁厚组合的管道产品的环刚度值，通过对比手册中的环刚度值与计算得到的最小环刚度值，初步筛选出符合要求的管径-壁厚组合；

然后，在选取管径-壁厚组合时，除了满足最小环刚度值要求外，还需要考虑安全因素，因此需要选择大于最小环刚度值要求的管道产品，以确保在实际使用过程中管道的安全性和稳定性；

其次，在满足安全性和稳定性的前提下，还需要考虑经济性和施工条件，一般来说，较大的管径和壁厚可能会增加成本和施工难度，因此，需要在满足要求的前提下尽量优化管径-壁厚参数；

最后，确定的最终的管径-壁厚参数组合即满足最小环刚度值的要求，又要考虑安全性和经济性，同时适应实际的施工条件。

为了确保管涵的设计和施工符合相关规范和标准的要求，故通过管涵最大环向弯曲应力和竖向变形应力对在公路荷载作用下的管径参数和壁厚参数进行应力验证。

在一些实施例中，基于管涵最大环向弯曲应力和竖向变形应力，验证所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数是否符合设计要求，包括：

公路荷载作用下管涵应力不应大于厂家推荐或试验测出的弯曲强度设计值，即

式中，为环形弯曲应力，为竖向变形应力。

其中，为环形弯曲应力，可通过如下公式获得：

为竖向变形应力，可通过如下公式获得：

式中，为结构重要性系数；、、分别为管道自重、竖向土压力、车辆荷载分项系数；为管涵自重；、、分别为自重、竖向土压力、车辆荷载作用下管壁截面最大弯矩系数，与土弧基础中心角有关；为竖向土压力；为车辆荷载组合系数；为管涵顶车辆荷载压力；为回填土体综合变形弹模；为管涵的等效半径；为管涵的壁厚；为管涵自身弹模；为管涵形状系数；为柔性管涵最大变形率；为管涵的等效直径。

通过验算应力值即环形弯曲应力和竖向变形应力，以确保设计管涵的安全性和稳定性，其通过上述公式计算得到管涵的环形弯曲应力和竖向变形应力，将环形弯曲应力和竖向变形应力与试验测量的弯曲强度设计值进行比较，若计算得到的应力值小于或等于设计值，则管涵在公路荷载作用下是安全的，满足设计要求；若应力值超过设计值，则需要重新考虑管涵的设计方案，可能需要调整管涵的尺寸、材料或加强措施，以降低应力水平，确保管涵的安全性和稳定性。

图6为本发明实施例提供的一种公路载荷作用下竹缠绕复合管涵的具体设计方法，该方法包括如下步骤：

根据水文计算、地形条件和地质参数等环境信息，初步确定管涵的埋置位置和埋置深度，根据管涵的埋置位置、埋置深度、环境信息，以及竹缠绕管涵通常应用于填土高度H≤5m，地下水位低、土质稳定的过水通道中，初步确定合理的管涵尺寸；

根据载荷等级、覆土厚度H，按照规范计算作用在涵洞顶部的自重、竖向土压力及车辆载荷，其中车辆载荷按照扩散角30°沿土层扩散，考虑相邻车轮间的叠加以及考虑最不利车辆布置对涵洞的影响；

确定回填材料、压实度及弹模等回填要求，其中对周围土体回填密实度的要求如下：管道范围内压实度要求不小于95%，管底基础和管顶填土压实度要求不小于90%；

根据地下水位位置，计算竹缠绕复合管涵的抗浮系数，其中，当抗浮系数小于1.1时，则计算该竹缠绕复合管涵的最小环刚度，当抗浮系数大于或等于1.1时，则调整竹缠绕复合管涵的尺寸或埋置位置，使其抗浮系数小于1.1；

计算竹缠绕复合管涵的最小环刚度，其中由于在公路载荷作用下，柔性管涵最大变形率为设计控制因素，因此设计中可采用管涵最大变形率为2%或3%来计算竹缠绕复合管涵的最小环刚度；

根据竹缠绕复合管涵的最小环刚度，结合产品手册，选取管径-壁厚-环刚度组合；

对选取的竹缠绕复合管涵的管径-壁厚-环刚度进行应力验算，若应力验算不满足设计要求，则增加管涵壁厚/环刚度，直到满足设计要求，其中，根据竹缠绕复合管涵最大环向弯曲应力和竖向变形应力验算，在公路荷载作用下管涵应力不应大于厂家推荐或试验测出的弯曲强度设计值。

综上所述，本发明实施例提供的一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法，以管涵本身最大变形量作为刚度设计指标，以管壁最大应力为强度设计指标，结合公路荷载计算，提出了管涵环刚度的设计参数及设计流程。

本发明中所提供的竹缠绕复合管涵具有较强的抗腐蚀性、耐候性、安全性、抗变形能力、承压能力、使用寿命长等特点，其设计方法可作为公路工程选用低碳环保的竹缠绕管涵的依据，便于设计中选取合理的管径、壁厚组合，指导竹缠绕复合管涵环向刚度设计，该设计方法可推动竹复合管涵在公路工程的应用，推动交通行业的绿色环保、低碳节能。

对应于上述的公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法，本发明实施例还提供了一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计系统。参见图7所示的一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计系统的结构示意图，所述竹缠绕复合管涵包括内衬层、增强层和防护层，其中，所述内衬层由树脂、竹纤维无纺布和竹针织毡制成；所述增强层由竹篾和氨基树脂制成；所述防护层由树脂和防辐射填料制成，该系统包括：

获取模块101，用于获取工程环境参数，基于所述工程环境参数，确定竹缠绕复合管涵的埋设参数；

参数模块102，基于荷载等级和所述竹缠绕复合管涵的埋设参数，确定所述管涵的设计参数；以及基于公路荷载作用下，确定所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度；

设计模块103，基于所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度，确定所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数。

在一些实施例中，所述管涵的设计参数包括涵洞顶部的自重、竖向土压力和车辆荷载。

在一些实施例中，参数模块102还用于：

可利用如下公式，计算得到管涵顶车辆荷载压力：

式中，P为车辆车轮荷载之和，为管涵外径，为沿管涵布设方向车辆荷载扩散宽度，为车辆行驶方向车辆荷载扩散宽度。

在一些实施例中，参数模块102基于地下水位位置和管涵自重，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数。

在一些实施例中，参数模块102还用于通过如下方法，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数：

获取地下水位的具体位置；

基于所述地下水位的位置，计算所述竹缠绕复合管涵的承受浮力；

计算所述竹缠绕复合管涵的自重；

基于所述竹缠绕复合管涵的自重和所述承受浮力，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数。

在一些实施例中，参数模块102用于：

可利用如下公式，得到竹缠绕复合管涵抗浮系数：

式中，为管涵自重，为竖向土压力。

在一些实施例中，参数模块102还用于：

根据最大变形率的要求利用如下公式计算管涵所需的最小环刚度：

式中，为变形滞后效应系数，为变形系数，为可变荷载准永久系数；为回填土体综合变形弹模，为柔性管涵最大变形率。

在一些实施例中，设计模块103用于：

基于管涵最大环向弯曲应力和竖向变形应力，验证所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数是否符合设计要求。

在一些实施例中，设计模块103还用于：

若所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数不符合设计要求，则改变所述壁厚或所述环刚度，并再次进行应力验证，直至满足要求。

本实施例所提供的公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计系统，其实现原理及产生的技术效果和前述公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法实施例相同，为简要描述，公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计系统实施例部分未提及之处，可参考前述公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法实施例中相应内容。

如图8所示，本申请实施例提供的一种电子设备600，包括：处理器601、存储器602和总线，存储器602存储有处理器601可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，处理器601与存储器602之间通过总线通信，处理器601执行机器可读指令，以执行如上述公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法的步骤。

具体地，上述存储器602和处理器601能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器601运行存储器602存储的计算机程序时，能够执行上述公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法。

处理器601可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器601中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器601可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器602，处理器601读取存储器602中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

对应于上述公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，计算机可运行指令促使处理器运行上述公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法的步骤。

本申请实施例所提供的公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计系统可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

再例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计方法，所述竹缠绕复合管涵包括内衬层、增强层和防护层，其中，所述内衬层由树脂、竹纤维无纺布和竹针织毡制成；所述增强层由竹篾和氨基树脂制成；所述防护层由树脂和防辐射填料制成，其特征在于，所述方法包括：

获取工程环境参数，基于所述工程环境参数，确定竹缠绕复合管涵的埋设参数；

基于荷载等级和所述竹缠绕复合管涵的埋设参数，确定所述管涵的设计参数；

基于公路荷载作用下，确定所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度；

基于所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度，确定所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述管涵的设计参数包括涵洞顶部的自重、竖向土压力和车辆荷载。

3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，确定车辆荷载，包括：

可利用如下公式，计算得到管涵顶车辆荷载压力：

式中，P为车辆车轮荷载之和，为管涵外径，为沿管涵布设方向车辆荷载扩散宽度，为车辆行驶方向车辆荷载扩散宽度。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，获取工程环境参数，基于所述工程环境参数，确定竹缠绕复合管涵的埋设参数，还包括：

基于地下水位位置和管涵自重，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数。

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数，包括：

获取地下水位的具体位置；

基于所述地下水位的位置，计算所述竹缠绕复合管涵的承受浮力；

计算所述竹缠绕复合管涵的自重；

基于所述竹缠绕复合管涵的自重和所述承受浮力，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数。

6.根据权利要求4或5所述的设计方法，其特征在于，确定所述竹缠绕复合管涵抗浮系数，包括：

可利用如下公式，得到竹缠绕复合管涵抗浮系数：

式中，为管涵自重，为竖向土压力，为管涵承受浮力。

7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，基于公路荷载作用下，确定所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度，包括：

根据最大变形率的要求利用如下公式计算管涵所需的最小环刚度：

式中，为变形滞后效应系数，为变形系数，为竖向土压力，为可变荷载准永久系数，为回填土体综合变形弹模，为柔性管涵最大变形率。

8.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：

基于管涵最大环向弯曲应力和竖向变形应力，验证所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数是否符合设计要求。

9.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于，验证所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数是否符合设计要求，包括：

若所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数不符合设计要求，则改变所述壁厚或所述环刚度，并再次进行应力验证，直至满足要求。

10.一种公路荷载作用下竹缠绕复合管涵的设计系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取工程环境参数，基于所述工程环境参数，确定竹缠绕复合管涵的埋设参数；

参数模块，基于荷载等级和所述竹缠绕复合管涵的埋设参数，确定所述管涵的设计参数；以及基于公路荷载作用下，确定所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度；

设计模块，基于所述竹缠绕复合管涵的最小环刚度，确定所述竹缠绕复合管涵的管径参数和壁厚参数。