车辆荷载作用下埋地管道的动力响应及保护措施研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiexiangjun
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随着城镇化建设的快速推进,我国基础建设逐渐完善,社会经济的快速发展必然引起各类资源需求量的增加,管道运输以自身独特的优势在国内外迅速发展,在市政、水利、能源运输等领域广泛应用。管道铺设因受地理因素限制和实际工程需要需将管道铺设在路面以下,车辆荷载成为埋地管道最主要的活荷载之一,而大部分管道设计较少或未考虑车辆荷载对埋地管道的影响,车辆荷载长期作用下将造成管道失效破坏,引起巨大安全事故和经济损失。本文首先对车辆荷载作用下的竖向土压力和埋地管道的动力响应进行了现场试验,在现场试验的基础上进行理论分析及不同工况数值模拟,分析车辆荷载作用下竖向土压力传递规律及埋地管道的力学性状,采取四种减荷措施进行数值模拟并分析减荷效果,本文主要研究内容及结论如下:(1)通过现场试验测试不同工况车辆荷载作用下竖向土压力传递规律,采用理论分析、算例与实测值对比分析,提出拟静力理论管道设计方法不能满足现代重载、超载车辆需要的建议,并研究竖向土压力衰减规律,提出路面以下埋地管道最佳埋深,保证埋地管道安全运行。(2)通过现场试验测试车辆荷载作用下埋地管道的应力变形,分析车辆不同载重、不同速度、不同埋深及不同管径等影响因素对埋地管道变形及力学特性的影响,结果表明,车辆载重和管道埋深是影响管道动力响应的最主要因素,车速对竖向土压力及管道应力变形影响较小,不同管径的管道在相同工况下表现出不同特点。(3)建立车-路-管三维有限元模型,将车辆荷载简化为匀速移动的恒定荷载,模拟现场试验工况并进行结果对比,论证数值模拟各参数的合理性,利用数值模拟补充了试验工况,进一步分析竖向土压力在路基中的空间分布,提取埋地管道在车辆荷载作用下不同位置随时间变化的动应力时程曲线,分析不同管径的管道截面变形和应力变化规律。(4)根据现场试验实测结果和数值模拟分析,对比分析了四种不同减荷措施对埋地管道的减荷原理,分别建立减荷措施有限元模型,分析在路面铺设钢板和混凝土板,在路基中埋设土工格栅及使用CLSM回填材料等不同减荷措施对埋地管道的减荷效果,四种减荷措施均表现出良好的减荷效果,铺设混凝土板和使用CLSM回填材料可有效防止管道发生疲劳破坏。
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