土体塌陷下各参数对埋地管线的影响

土体塌陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一。到目前为止, 国内外对塌陷区埋地管线反应的有限元分析甚少。为分析土体塌陷对埋地管线的影响,通过ANSYS有限元分析软件,建立管土模型,通过设置不同参数,如塌陷范围、埋深、管壁厚度,得出埋地管线在塌陷情况下的挠曲变形和轴向应力曲线。得出在土体塌陷下,增加壁厚和减少埋深均可减小埋地管道的破坏,同时得到埋地管道受力最大的位置在塌陷与非塌陷区交界处,因此应选此处为控制截面。设计中,应避免在控制界面附近设置接头。     

基于斯潘格勒理论的埋地柔性管道有限元分析

基于斯潘格勒理论,简化了有限元分析中管土间复杂的相互作用.通过最小二乘法确定了有限元建模中的变量参数最大土压,从而建立了呈抛物线分布的水平静土压模型,实现了埋地柔性管线的有限元迭代计算;分析了其埋设深度和土体力学性能对埋地管道的径向与轴向变形的影响,以及地基差异引起的管道沉降问题.结果表明:该方法能合理地反映出土体与结构的相互作用,获得埋地柔性管道的应力、应变等结果,可应用于长距离埋地柔性管道和管件的设计及结构设计.     

基于离散-连续耦合法的埋地管道受荷过程模拟分析

为了从宏、细观角度反映出埋地管道管周土体的承载特点,文章采用离散-连续界面耦合数值模型对埋地管道受荷过程进行模拟分析,其中管周填土采用离散单元法进行模拟,埋地管道及原状土基采用有限差分单元法进行模拟。结果表明：随着荷载或埋深的增大,管顶受压产生压缩变形,管顶土体发生“压力拱效应”,引起管周土压力重分布;耦合模型水平位移场显示埋地管道在受荷过程中管侧回填土及原状土基能够分担和转移外荷载;管周土体的细观接触力链分布形态与管顶土压力的分布规律形成相互印证。     

埋地管道静载试验水平边界约束影响的数值分析

基于模型试验结果,通过有限元数值模拟软件研究静载作用下模型尺寸对埋地管道力学性能与形变性能的影响.数值分析结果表明:模型箱水平边界在距管壁20D以内变化时,随着模型尺寸逐渐增大,土体极限承载力不断增加,并且相同荷载水平下加载板沉降与管道径向变形比也随之变大,而管周土压力、管周径向和环向应力均随之减小,边界对管道的约束作用逐渐减弱;模型尺寸不同时,管道径向变形比在加载过程中的变化规律差异明显;地表静载作用下,管道以环向受压为主,并且由于管顶产生土拱效应,管周土压力中管侧处最大,管顶处次之,管底处最小;当模型箱外壁水平向扩展超出20D时,管道上方土体承载力、管道受力和形变规律基本一致.表明为减少或消除水平边界效应,模型箱外壁水平向扩展边界选20D为宜.     

埋地管线在沉陷情况下的可靠性分析

场地的不均匀沉陷是导致埋地管线破坏的重要原因之一.目前,有关埋地管线在沉陷情况下的可靠性研究甚少,为了研究埋地管线在沉陷大位移下的可靠度,运用蒙特卡罗法对埋地管线在地面沉陷位移、材料性能参数、内压等随机变量下的可靠度进行计算.同时通过对变量的敏感性分析,发现地面沉陷位移、管线的直径、厚度及管线内压的变异性对计算结果影响较大.增加地面沉陷位移和管线内压将导致管线应力的增加,降低了管线的可靠度,失效概率增大;而增大管线的直径和壁厚将导致管线应力减小,提高了管线的可靠度,失效概率减小.因此减少地面沉陷位移,降低管线内压,增大管线的直径和壁厚有助于提高埋地输油钢管的可靠度.     

机坪输油管道荷载附加应力分析

应用ABAQUS有限元软件,考虑管土相互作用,建立并验证了管道结构有限元分析模型.应用该模型,分析了管周附加应力的分布特征,计算了飞机、施工重型车辆和压路机荷载作用下,管道附加应力及其引起的管道结构应力和变形随管道埋深的变化规律.结果表明:不同管道埋深对应的管周附加应力在管顶至管两侧60°的范围内有显著差异,且该范围内附加应力近似呈抛物线分布.即使管道埋深小至1倍管径时,飞机荷载和施工重型车辆荷载引起的管道结构应力和变形仍远小于容许值,而压路机高振幅振动压应力引起的管道结构应力达到管道强度失效的临界标准,是管道承受的最不利外荷载类型,对管道埋深有重要影响.     

地面不均匀沉降下埋地管道响应数值分析

地面不均匀沉降会使埋地管道的受力状态发生变化,也是埋地管道遭受破坏而引发各类事故的重要原因.针对4种不同管材的管道建立了管道?土体一体化模型,采用有限元分析软件ABAQUS进行分析.对于钢管和PE管所代表的整体式管道主要分析其管道应力和应变响应,而对于球墨铸铁管和灰口铸铁管所代表的承插式管道主要分析其接口变形情况.探究...     

温度应力下海底管线屈曲分析方法的改进

海底管线在温度应力作用下的屈曲变形问题是管线设计的关键性问题之一．结合实际工程，探讨了管线屈曲变形的计算方法，分析了温差、地基土特性、管线埋深和膨胀弯设置等因素对管线屈曲变形的影响，并初步探讨了考虑初始缺陷管线的稳定性分析方法和工程对策．结果表明，管线中的应力随着温差的增加、地基土体摩阻力的增大及管线上覆土厚度的增长而增大，设置膨胀弯可以使其端部一定范围内的管线自由变形．从而释放由于温差和压差作用在管线内产生的附加应力．当管线有足够的埋深时，不发生竖向的屈曲变形．降低温度和增加埋深等措施能够有效防止管线屈曲．     

埋地天然气管道应力变形分析

利用有限元法对埋地天然气管道的应力和变形进行了分析,考虑到实际施工过程,提出利用单元生死技术实现回填土分层加载,模拟管沟的回填过程.分析得出管壁内侧管顶处和管壁外侧管侧处受到最大拉应力作用,是管道的2个危险点;与公式法相比,利用有限元法计算管道的变形更接近实际情况.     

关于埋地管线的腐蚀分析与保护措施

在管材制造技术有限的情况下,埋地下管线的腐蚀现象与埋地下管线温度、初应力、工程施工造成土体移动对地下管线的破坏等因素有关密切的关联。度况腐蚀现象是工业安全危害最大的原因之一,影响到管道钢腐蚀一般有本文针对地下管线此特征,通过不同温度不同应力对管线钢材料进行分析,证明温度与应力对管道钢腐蚀化学行为的影响。同时对城市地下工程施工造成周围土体移动对地下管线互相应力作用分析。并提出关于埋地管线的腐蚀保护措施方案,在地下管线施工前的质量要求和已埋地下管线的检测,应力计算和防腐方案,及影响地下管线腐蚀相关因素分析。     

原位热塑成型内衬跨越圆形孔洞承压特性研究

随着使用年限的增加,埋地给水管道老化、腐蚀、破损等问题日益严重,一方面降低了管道的供水能力,同时也造成水质二次污染.原位热塑成型(formed-in-placepipe,FIPP)内衬修复技术以其独特的优势开始大范围应用于给水管道修复,如与原管道紧密贴合,可修复带转角、非圆形管道等.既有管道上的孔洞缺陷是影响修复后管道-内衬系统极限承载能力的主要因素之一.通过室内实验和数值模拟研究了孔洞直径对修复后的管道-内衬系统的极限承载能力的影响规律,结果表明：既有管道的孔洞缺陷是决定FIPP内衬设计的主要因素,内衬设计时应着重考虑．采用FIPP内衬修复给水管道,原管道孔径比为1时修复后的极限承压能力仍大于1.5 MPa,表明FIPP内衬用于给水管道修复的可靠性;内压作用下,孔洞位置FIPP内衬主要是由环向拉应力作用导致其轴向破裂失效,以关键位置的环向应力变化曲线作为加载路径并采用ASTMF2207的最大应力准则预测FIPP内衬的失效压力是可行的.采用ASTMF1216和CJJ/T244的方法进行FIPP内衬壁厚设计偏于安全,更有利于保障修复后结构的长期稳定.管壁的孔洞直径与修复后结构的失效压力呈...     

滑坡作用下埋地管道的弹塑性地基反力解析法

目前关于弹塑性地基中滑坡段埋地管道的解析计算研究较少,计算结果不够精确。为探讨滑坡段埋地管道与土体接触的非线性特征,基于地基反力法,采用简化的弹塑性本构模型来模拟非线性管—土的相互作用,提出了埋地管道与土体相互作用的弹塑性地基反力解析法控制方程组,根据管道变形的连续性条件及边界条件求得管道挠度和内力的解析解,对管道变形和内力进行计算。结合算例进行分析,选取不同参数,探讨了地基反力系数k0对管道变形和内力的影响。研究结果表明：随地基反力系数的增大,管道最大挠度、滑体中部管道弯矩及Mises应力逐渐减小,滑坡周界处管道弯矩及Mises应力逐渐增大;地基反力系数增大,土体对管道约束作用加强,从而引起管道挠度和内力的变化。与Winkler 地基反力法相比,基于弹塑性地基反力法的滑坡作用下管道力学分析理论上更为严谨,有效地提高了计算精度。     

煤矿开采影响下浅埋输油管线变形及力学响应特性

针对输油管线穿越采动影响区时的管道变形、选型设计和安全防护等问题,以山东某煤矿3308工作面开采为背景,根据该区域地质条件、管道参数及实测数据,采用数值模拟方法分析了煤矿开采影响下管道的受力变形及区域性特征,研究了管道及土体不同物理力学参数对管道所受应力变化的影响。结果表明：受采动影响的埋地管道变形可分为无变形区段、拉压过渡区段和压缩变形区段,拉压过渡区段存在轴向应力方向变化的拐点;3308工作面开采过程中,管道中点处沉降位移最大,与模拟的管道沿线地表最大下沉值相等,管土间的变形为“管-土协同变形”,管道所受轴向应力由管道两端向中点先增大后减小再增大;不同的管道与土体物理力学参数对管道所受轴向应力的变化有着不同的影响,管线选型时需要综合考虑。研究结果可为采动影响区埋地输油管线的选型设计、施工运营和安全维护提供参考。     

大口径埋地钢管竖向变形控制措施

大口径埋地钢管(管径≥1000mm)长期承受上层土壤的静压以及局部地段过往车辆等的动压,加之钢管本身弹性变形很大,在选材、制造、运输以及施工中操作不当很容易引起较大竖向变形以至失稳,严重影响使用功能。为此,我们必须对大口径埋地钢管采取一定的竖向变形控制措施,即从选材、制造、运输、施工等各个环节层层把关,再在管道内加设管道支撑来确保管道竖向变形最小化,确保相应工程顺利而又通畅的实施。     

埋地管线-土体相互作用分析计算区域的选取

将埋地管线及周围土体从半无限地球介质中共同取出,建立了管土相互作用分析模型,采用有限元技术分析地面永久变形下埋地管线与周围土体的反应和相互影响,以确定有限元分析中计算区域的范围.管道及其周围土体分别以空间薄壳单元和实体单元进行离散,采用非线性接触单元模拟管土之间的滑移、分离及闭合现象.考虑了初始应力场的影响,对有限元模型的有效计算区域问题进行了数值分析,给出了管土界面分离及滑移情况,得到了有效计算区域与位错量、管径、埋深及土体刚度的关系.     

顶管施工模型试验系统研发与应用

针对顶管施工产生的施工扰动问题和现有模型试验设备的不足,研发对管壁注浆压力、土仓压力和土体损失率能进行精确控制的室内顶管模型试验系统,并以海口给排水管网改扩建工程为背景,通过管线预埋的方式研究近间距顶管顶进对既有管道和地表竖向变形的影响.研究结果表明:研发的室内模型试验系统可以精确控制管壁注浆压力、土仓压力和土体损失率,试验系统得到的数据正确可靠;顶管顶进时会对既有管道产生附加应力,但附加应力远小于围岩应力,实际现场中无需考虑附加应力对管片承载的影响;现场顶进施工需对机头的切削速率和顶进速率进行协同调控,且严格控制出土速率,从而实现对地表竖向变形的有效控制.可为今后现场平行顶管施工提供有效指导.     

混凝土浇筑过程中方钢管柱的力学性能

钢管混凝土在内部混凝土浇筑过程中空钢管的受力特性和安全性非常重要。该文建立了分析混凝土浇筑过程中方钢管柱受力性能的有限元模型,并采用实测的混凝土静水压力、钢管管壁应变等指标的对比分析验证了该模型的合理性。基于有限元模型,分析了不同混凝土浇筑高度和钢管宽厚比时由于混凝土浇筑引起的管壁变形及应力。研究结果表明:空钢管内设置横向内隔板可有效地减小管壁应力及变形;当方钢管宽厚比较大时,混凝土浇筑过程中对管壁产生的应力和变形数值都较显著。该文建模方法可进一步用以模拟钢管混凝土结构在施工阶段的力学性能分析。     

基于D-P修正准则的扩孔理论在黄土劈裂注浆中的应用分析

基于塑性力学与大变形理论,考虑Drucker-Prager修正准则圆孔扩张问题,建立黄土劈裂注浆压力分析模型.在弹性区和塑性区分别采用小变形理论和大变形理论,推导出劈裂注浆浆泡周围弹性区及塑性区土体应力场、位移场的理论解,研究塑性区半径、起劈注浆压力的解析解,以工程算例进行论证.结果表明,基于考虑D-P修正准则的圆孔扩张理论模型,径向应力与环向应力随r_u/r_P的增大呈现非线性递减关系;不排水条件下随着土体材料参数(c、φ、E、ν)的增大,浆液竖向及水平向劈裂土体时的劈裂压力呈非线性增大趋势;经对比分析发现,理论计算值在514.2～693.7 kPa,与实测值430～780 kPa比较接近,说明了理论的分析方法在黄土地区劈裂注浆工程中具有一定的实用价值.     

埋地管线塑料衬管修复装置的研究与设计

埋地管线塑料衬管修复是一种新型的管道内修复方法．它能延长旧管道的使用寿命,提高管道的输送能力．该方法是利用塑料管来防腐,而输送压力载荷及其他载荷主要由旧管道来承受．讨论利用塑料管记忆性能的埋地管线塑料衬管修复工艺和装置．这套工艺和装置可以为国内管道的维修和更新提供了一个参考,为继续深入研究衬管修复提供了一个思路．     

断层上覆土层破裂对埋地管道的影响

利用ANSYS程序建立的三维管土非线性有限元模型,计算分析了断层基岩上覆土层的变形破裂形式、土层厚度及土层土质的硬度对埋地管道的影响.结果表明,埋地管线发生大变形及失效的位置由上覆土层的破裂形式决定,穿越土层发生塑性变形及破裂区域的管段是管道发生塑性变形的管段.当断层倾角发生接近于90°的错动时,随上覆土层破裂的发展,埋地管道产生两处塑性变形区段.上覆土层越厚,埋地管道发生塑性变形的长度越长,变形值减小.埋在土质较硬土层中的管道发生塑性变形的管段长度短,极限应变值大.