钢波纹管材料组成及其性能

一、概述

涵洞结构按建筑材料可分为石涵、素混凝土涵、钢筋混凝土酒和钢波纹管涵等。随着高等级公路的大量建设，涵洞材料的选择具有多样化，根据工程所在地区的地形地貌、地质水文等特点，并结合现场施工条件及涵洞的使用功能及其工程进度要求等，选择合适的涵洞材料至关重要。在中国古代受工匠技能及材料应用的限制，石涵是常用的涵洞材料，主要用于小桥涵的建设；近代，随着混凝土材料的出现，钢筋混凝土材料的推广和应用，涵洞结构向着大跨度、高强度等方向发展，并在公路工程中得到大量应用，且形状多变;随着现代钢材的大量生产及制作工艺的日趋成熟，造价、工期及环保成本的急剧增加，钢材以其良好的延性，较高的抗拉、抗压、抗剪强度，以及结构断面小、自重轻，施工速度快，耐久性好等特点，工厂化加工而成的钢波纹管涵洞在公路建设中得到广泛的应用。但钢波纹管涵洞所用材料的工程特性决定着该结构的适用范围及其条件。

二、钢波纹管材料组成     

钢波纹管采用标准化设计，工厂规模化生产，是由钢板材料Q235压成波纹后，卷制成管节构成。钢材具有强度高、塑性及韧性好、耐冲击、 性能可靠、适应变形能力强，可加工性能好等优点。     

Q25表示屈服点为235MPa的钢材，其主要化学成分包括:碳(C)、硅(S)、锰(Mn)、硫(S)及磷(P),其含量见表2-1

三、钢波纹管材料性能    

钢波纹管材料的主要性能有抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性以及冷弯性能等。

1.抗拉性能            

抗拉性能是钢材的主要技术性能。图2-I所示为低碳钢材的应力-应变曲线，在受拉过程中经历了弹性、屈服、强化及颈缩四个阶段。图中曲线OA段为弹性阶段，在此阶段荷载较小，应力和应变成比例增加，若卸去荷载试件可恢复原状，称为弹性变形;图中曲线AB段为屈服阶段，当A点荷载增大时应力与应变不再成比例变化，应变增加的速度大于应力增加的速度，即开始产生塑性变形:图中BC段为强化阶段，过B点后变形速度较快，随应力的提高而增加;图中CD段为预缩阶段，过C点材料的变形明显，应变迅速增加而应力反而下降，钢材被拉伸，并在某一薄弱处断面开始缩小，产生“颈缩”现象至D点断裂。

2.冲击韧性

冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力，是在试验机上对试件的冲击结果计算求得，所测得的冲击韧性指标值越大说明钢材的冲击韧性越好。对钢材进行冲击试验，能较全面地反映钢材材质的优劣程度。冲击韧性受到诸多因素的影响，诸如化学成分、冶金质量、环境温度、冷加工及时效等，其中环境温度对钢材性能的影响最为明显。

3.耐疲劳性

钢材在交变荷载反复作用下，往往会在应力远低于抗拉强度的情况下发生裂断，此现象称为疲劳破坏。在多次反复交变荷载的作用下未产生疲劳破坏时的最大应力称为疲劳强度，它是表明钢材耐疲劳性的指标。钢材的疲劳强度的高低与其内部组织状态、成分偏析、杂质含量及各种缺陷有关，钢材的表面光洁程度及受腐蚀状况等都会影响其耐疲劳性能。

4.冷弯性能

冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能，可以反映钢材内部组织是否存在不均匀内应力和杂质等缺陷。