基于鋼管與土接觸共同工作的埋地鋼管的力學分析.pdf

1、埋地鋼管具有承受很高的內(nèi)壓力、運行可靠性較高、制作簡單、運輸和安裝比較方便等特點，這使得埋地鋼管在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。同時埋地鋼管屬于隱蔽工程，觀察和檢修都比較困難，而且輸送的又往往是與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活密切相關(guān)的水、油、氣等，一旦局部破壞，就會造成巨大的經(jīng)濟損失和嚴重的次生災(zāi)害。但是，目前的埋地鋼管設(shè)計和施工中仍存在許多問題，一些管道由于設(shè)計的不合理使得其在使用中經(jīng)常出現(xiàn)損壞、漏泄問題；還有一些管道的設(shè)計過于保守，從而造成了材料

2、的浪費。造成這種情況的一個重要的原因是沒能對埋地鋼管的受力特性進行合理的分析，這是由于傳統(tǒng)的分析設(shè)計方法沒能合理地考慮土體與埋地鋼管的接觸相互作用，計算的過程中把土體作為簡單的恒定荷載，在假定的載荷模式下對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行彈性分析。 本文通過引入鋼管與周圍土體的接觸相互作用，把鋼管與土體作為一個整體進行考慮，從而更為合理地模擬埋地鋼管的受力機理，從根本上克服了傳統(tǒng)分析方法由于一些不合理假設(shè)引起的缺陷，并利用ABAQuS通用有限元程序

3、建立了合理的有限元模型，得到了較為合理的結(jié)果。 本文的主要研究內(nèi)容及其相關(guān)成果有： 對埋地鋼管的現(xiàn)行分析方法進行了較為系統(tǒng)的闡述，并對其存在的缺陷和問題進行了分析，得出了現(xiàn)行分析方法存在這些缺陷和問題的原因，這是因為現(xiàn)行方法沒有把土體與鋼管作為一個整體結(jié)構(gòu)進行分析，沒有能夠合理地考慮鋼管與土體之間的接觸相互作用。進而提出了本文采用的相對合理的接觸相互作用模型，其包括鋼管與周圍土體的法向相互作用和切向相互作用兩個方面，并研

4、究了它們在數(shù)學上的處理方法。本文還研究了ABAQUS有限元程序所采用的接觸算法，介紹了定義接觸時應(yīng)該注意的問題以及單元選擇時應(yīng)該注意的事項。同時對普通埋地鋼管、上埋式鋼管和溝埋式鋼管三種不同工況的埋地鋼管的建模方法進行了研究。 通過對周圍土體取不同模型尺寸時鋼管的受力情況模擬結(jié)果進行比較，提出了合理的建模尺寸。通過對幾種不同力學性質(zhì)的土體用幾種不同的本構(gòu)模型進行建模，比較埋地鋼管受力的模擬結(jié)果，得出了不同情況下應(yīng)該采用的土體本構(gòu)

5、模型。并且分析了幾個重要的模型參數(shù)對模擬結(jié)果的影響，提出了應(yīng)用這些參數(shù)時應(yīng)該注意的問題。 對埋地鋼管的穩(wěn)定性理論及現(xiàn)行分析方法進行了研究和闡述，重點研究了采用有限元法基于鋼管與土體接觸共同作用下，進行埋地鋼管穩(wěn)定性分析的理論和實現(xiàn)方法。同時，通過有限元模擬結(jié)果與理論解析結(jié)果或者實驗結(jié)果的對比，證明了有限元方法的準確性和可靠性。進一步分析了鋼管幾何缺陷和管土之間的摩擦對鋼管穩(wěn)定承載力的影響，發(fā)現(xiàn)鋼管的幾何缺陷對埋地鋼管的穩(wěn)定承載力