埋地式圓形混凝土排污管腐蝕規(guī)律及蝕后力學(xué)性能.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平日益提高，人們對城市環(huán)境的要求也越來越高。城市地下排污管道是維持城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它對城市環(huán)境和市民健康都起著非常重要的作用。地下排污管道處于特殊的工作和受力環(huán)境之中，首先管道是埋設(shè)于地下一定深度處的構(gòu)筑物，在均質(zhì)土中其圍壓較規(guī)則，呈現(xiàn)管道頂面與底面較大，側(cè)面較小的規(guī)律。而在非均質(zhì)土中其受力就會(huì)變得復(fù)雜；其次管道內(nèi)輸送的是生活或者工業(yè)污水，其中含有大量對管道具有腐蝕作用的離子，在腐蝕作用下管

2、道混凝土的性能將有所下降，管壁厚度變薄，管道的剛度也會(huì)有所下降，管土相對剛度同樣會(huì)影響土壓力在管周的分布。綜合作用下管道在使用一定年限后容易產(chǎn)生混凝土開裂和壓碎現(xiàn)象，使管道發(fā)生破壞，嚴(yán)重影響城市的居住和生活環(huán)境，因此研究地下排污管的腐蝕是非常緊迫也是非常必要的。本文結(jié)合國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)子課題(2008ZX07315-001)，采用理論分析、模型試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算等方法對埋地式混凝土圓形管道的腐蝕規(guī)律及其受力性能進(jìn)行研究，主

3、要開展了以下工作：
　　 ①運(yùn)用Fick第二定律和數(shù)值分析方法對腐蝕介質(zhì)在矩形截面中的擴(kuò)散進(jìn)行計(jì)算，解析結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了有限元分析在模擬介質(zhì)擴(kuò)散中的可行性。對圓形混凝土管道的腐蝕過程作有限元分析，得到不同腐蝕時(shí)間下腐蝕介質(zhì)在管壁上的濃度分布，腐蝕介質(zhì)濃度隨管壁深度的增加呈非線性降低，且濃度減小的速率隨深度的增加而減小。腐蝕時(shí)間越長的試件其管壁內(nèi)部腐蝕介質(zhì)濃度越大，但濃度隨管壁深度降低的速率越小。
　　

4、②采用小型管道模型進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，獲得其完全腐蝕深度與腐蝕時(shí)間之間的關(guān)系，同時(shí)對腐蝕后的模型進(jìn)行埋地加載試驗(yàn)，在管周布置微型土壓力計(jì)和應(yīng)變片獲得不同腐蝕程度下的管道在豎向荷載作用下的管周應(yīng)變變化及管周土壓力分布曲線。在豎向荷載下，管道裂縫一般首先出現(xiàn)在管頂內(nèi)表面處，管周最大土壓力出現(xiàn)在管頂位置。
　　 ③建立了埋地式管道加載的數(shù)值模型，根據(jù)相關(guān)資料選取參數(shù)，對腐蝕后的管壁材料參數(shù)按照腐蝕介質(zhì)濃度進(jìn)行折減。對腐蝕后的管壁應(yīng)力、應(yīng)變及

5、管周土壓力計(jì)算分析，基于數(shù)值模擬數(shù)據(jù)對蝕后管道力學(xué)性能進(jìn)行了相應(yīng)分析。腐蝕后的混凝土管道管壁變薄，有效管壁厚度減小，應(yīng)力零點(diǎn)外移，影響管道整體力學(xué)性能的并不是剩余管壁厚度，而是管壁的有效厚度。
　　 ④改變管道的厚徑比及腐蝕介質(zhì)的充滿度，分析了不同厚徑比及充滿度的管道腐蝕規(guī)律及力學(xué)性能變化規(guī)律，厚徑比越大的管道抗蝕能力越大，充滿度通過影響管道的腐蝕范圍來影響管道的力學(xué)性能。管道受到腐蝕后剛度降低，管周土壓力會(huì)產(chǎn)生重分布現(xiàn)象，對于