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埋地玻璃钢夹砂管道力学性能的数值模拟
| 论文题名： | 埋地玻璃钢夹砂管道力学性能的数值模拟 |
| 关键词： | 埋地玻璃钢夹砂管道;力学性能;数值模拟;结构破损;土压力;计算公式 |
| 摘要： | 玻璃钢纤维增强塑料夹砂管是一种新兴的复合材料管道，具有轻质高强、耐久性高、管壁水利特性好、施工安装方便、综合造价低等优点，广泛应用于供热、供水、建筑、化工、石油、能源等领域。但是由于设计原因、管道老化、施工质量等原因，埋地玻璃钢管道在使用过程中可能出现变形过大，提前出现损坏，严重影响管道的正常运行。本文针对重庆市北部新区西部奥特莱斯干管，因回填土质量差和施工质量达不到设计要求等原因导致管道在投入使用一年后产生结构破损，探讨了可能导致管道破损的因素并研究了在这些主要影响因素作用下埋地玻璃钢管道的受力和变形性能，最后根据分析计算结果提出了修正土压力计算公式。 本文回顾了现有管道设计理论，指出了现有柔性管道设计理论中存在的问题，运用弹力理论对埋地玻璃钢管道这种柔性管道进行了横截面内的力学分析，确定了导致埋地玻璃钢管道提前破损的原因有：回填土的土体模量、管道刚度、管道基础的施工质量缺陷。 由于埋地玻璃钢管道通常属于柔性管道，那么在埋地柔性管道的设计过程中需要考虑管—土相互作用，故在本文中介绍了接触理论的相关知识，进而引入了另外一个参数—管土接触面上的摩擦系数。由于接触作用包含切向作用力和法向作用力，而切向作用力采用是库伦摩擦公式，所以摩擦系数取值的不同直接影响接触作用的大小，所以研究摩擦系数对管道受力性能的影响是很有必要的。 应用有限元方法分析了管—土相对刚度、接触面上的摩擦系数、管道基础刚度缺陷这三个主要因素对管道受力性能的影响。分析结果表明：随着管周回填土弹性模量的增加，管顶竖向土压力和管道水平直径处的水平土压力减小，管道受荷载作用后的变形与土体的弹性模量成反比关系；随着接触面上的摩擦系数的增大，管道上的总土压力分布形式由单峰分布变为双峰分布，管道上的应力峰值呈先减小后增大的趋势；管道基础无论在平面内还是沿管道长度方向存在刚度薄弱区域都会在管道上产生应力集中，刚度越薄弱，应力集中现象就越明显。 本文在有限元分析结果的基础上，通过回填土弹性模量、摩擦系数、基础刚度薄弱对管道应力峰值的影响结果提出一个修正竖向土压力计算公式。 |
| 作者： | 段佳利 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 陈朝晖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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