基于鋼管與土接觸共同工作的埋地鋼管的力學(xué)分析.pdf

1、埋地鋼管具有承受很高的內(nèi)壓力、運(yùn)行可靠性較高、制作簡(jiǎn)單、運(yùn)輸和安裝比較方便等特點(diǎn)，這使得埋地鋼管在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)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(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的次生災(zāi)害。但是，目前的埋地鋼管設(shè)計(jì)和施工中仍存在許多問題，一些管道由于設(shè)計(jì)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(jì)過于保守，從而造成了材料

2、的浪費(fèi)。造成這種情況的一個(gè)重要的原因是沒能對(duì)埋地鋼管的受力特性進(jìn)行合理的分析，這是由于傳統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)方法沒能合理地考慮土體與埋地鋼管的接觸相互作用，計(jì)算的過程中把土體作為簡(jiǎn)單的恒定荷載，在假定的載荷模式下對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)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(gè)整體進(jìn)行考慮，從而更為合理地模擬埋地鋼管的受力機(jī)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?jī)?nèi)容及其相關(guān)成果有： 對(duì)埋地鋼管的現(xiàn)行分析方法進(jìn)行了較為系統(tǒng)的闡述，并對(duì)其存在的缺陷和問題進(jìn)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?yàn)楝F(xiàn)行方法沒有把土體與鋼管作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jìn)而提出了本文采用的相對(duì)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(gè)方面，并研

4、究了它們?cè)跀?shù)學(xué)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(shí)應(yīng)該注意的問題以及單元選擇時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)。同時(shí)對(duì)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(jìn)行了研究。 通過對(duì)周圍土體取不同模型尺寸時(shí)鋼管的受力情況模擬結(jié)果進(jìn)行比較，提出了合理的建模尺寸。通過對(duì)幾種不同力學(xué)性質(zhì)的土體用幾種不同的本構(gòu)模型進(jìn)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(gè)重要的模型參數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響，提出了應(yīng)用這些參數(shù)時(shí)應(yīng)該注意的問題。 對(duì)埋地鋼管的穩(wěn)定性理論及現(xiàn)行分析方法進(jìn)行了研究和闡述，重點(diǎn)研究了采用有限元法基于鋼管與土體接觸共同作用下，進(jìn)行埋地鋼管穩(wěn)定性分析的理論和實(shí)現(xiàn)方法。同時(shí)，通過有限元模擬結(jié)果與理論解析結(jié)果或者實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，證明了有限元方法的準(zhǔn)確性和可靠性。進(jìn)一步分析了鋼管幾何缺陷和管土之間的摩擦對(duì)鋼管穩(wěn)定承載力的影響，發(fā)現(xiàn)鋼管的幾何缺陷對(duì)埋地鋼管的穩(wěn)定承載力