交通荷载作用下埋地管道应力分析与现场测试

为研究交通荷载作用下管道结构的力学响应特性,应用线弹性力学理论,将车辆轴载下埋地管道的静力计算问题分解成3个部分依次求解：基于Boussinesq解答的管顶附加土压应力计算,基于Winkler弹性地基梁模型的管道纵向应力计算,基于Iowa公式的管道环向应力计算. 在此基础上探讨轮压、管道埋深、轮-管水平距离、管-土相对刚度、土壤阻力模数等参数对埋地管道力学性状的影响规律. 此外,应用光纤光栅传感器,对某供水管道在车载作用下的应变响应进行现场测试. 理论计算方法和测试结果对比分析表明：采用该传感器监测管道表面应变具有较高的精度和灵敏度;管顶轴向应变峰值对车速的不敏感;采用静力计算方法分析车辆荷载作用下埋地管道的应力问题具有合理性．     

移动车辆荷载下土石混填路基动力响应分析

为研究车辆荷载下土石混填路基的动力响应，利用ABAQUS有限元软件建立沥青路面系统三维数值模型。采用移动均布荷载模拟车辆荷载，分析不同的行车速度和车辆荷载作用下土石混填路基动应力、变形的响应规律，并确定路基工作区深度。结果表明：在路基横断面，车轮作用位置处竖向应力最大，远离作用点时应力减小；动应力和变形在路基深度1 m范围内衰减最快；车辆荷载对路基的影响程度要大于车速对路基的影响程度；随着车辆超载率的增加，路基的动应力响应也就越大，路基的工作区深度在2.33 m～4.15 m之间。     

基于流固耦合的埋地供水管道地震响应分析

为研究埋地供水管道在地震作用下的动力学特性,以流固耦合理论为基础,结合ANSYS Workbench软件,建立埋地供水管道在地震作用下的管-水流固耦合模型,采用四面体单元代替六面体单元对管道内流体进行网格划分,在施加土压力荷载和地震动力作用下,分析管道总变形和等效应力,探究流体流速、工作压力、管径、埋深及壁厚等参数对管道最大等效应力响应情况.结果表明,在地震波加载4. 2 s时,管道总变形和等效应力均达到最大值,最大变形出现在管道中部,等效应力的最大值出现在管道的出口端;管道的等效应力随管道的埋深、壁厚和工作压力的增加而增大,不受流体流速的影响,但随管径的增加先增大后减小.同等条件下,DN800管道的抗震性能最佳.     

直埋热水供热管道三通热-力耦合分析

针对直埋热水供热管道三通受力的复杂性,基于土弹簧模型建立了热-力耦合有限元模型,分析了直埋三通应力的主要影响因素,并给出了简化三通接管长度的热-力耦合有限元模型.建模中管土相互作用考虑了介质本身的重量和覆土重力等的作用,三通管段的边界条件施加在主管和支管端头.结果表明,直埋三通在温升作用下,相贯区峰值应力较大;直埋三通的二次应力随温升、管道壁厚、支管管径、主管过渡段长度变化,而受内压影响较小;地面荷载作用使三通最大当量应力减小,对三通起保护作用.该结果旨在为直埋管道的安全性提供帮助.     

地下爆炸对埋地输气管道冲击响应的数值分析

通过适当选取材料本构关系,运用非线性动力学基本理论和ALE算法,利用Ls.DYNA3D有限元程序,对爆炸地冲击作用下引起埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟分析.通过埋地管道在2组共lO个工况下的数值计算分析,拟合了埋地管道响应(包括速度和动应力)最大值和装药量、爆心与管道中心距离之间的关系.模拟计算结果与经验公式规律十分吻合,表明采用数值模拟方法研究爆炸地冲击对埋地管道的作用是可行的.计算方法为埋地管道在第三方破坏荷载作用下的风险评估提供了一个计算平台,计算结果对埋地输气管道的风险评估和防灾减灾具有重要的参考价值.     

非一致激励下埋地管道地震响应数值模拟及其试验验证

为了研究埋地管道在非一致激励下的地震响应，本文利用已开展的埋地管道非一致激励振动台试验，建立了能考虑埋地管道非一致地震激励和管-土非线性动力相互作用的三维有限元数值模型。该模型采用静-动力耦合分析方法，土体选用Davidenkov非线性本构模型，管-土相互作用采用摩擦接触以考虑管-土的滑移、分离现象，模型边界采用滚轴边界，模型底部地震动输入为振动台试验中主动箱底部加速度传感器测得的加速度时程。分析结果表明：数值模拟计算与振动台试验实测结果在加速度时程、加速度放大系数及沿管道轴向的应变峰值曲线等方面吻合较好，体现出了相似的规律，相互印证了数值模型和振动台试验结果的正确性。     

粉质黏土层直埋铸铁管道爆破地震效应

针对武汉市区内常见直埋球墨铸铁管道,设计实施邻近预埋管道的全尺寸爆破实验. 结合有限元数值计算方法,考虑管道不同埋深,研究爆破地震作用下粉质黏土地层内直埋管道动力响应. 研究结果表明,管道和地表峰值振速（PPVs）随爆源与管道距离的减小而增大,在管道正下方爆破为最危险工况. 管道中心截面为危险截面,危险截面PPVs以管腰和管底较大,动态应变以轴向拉伸应变为主,环向应变次之,峰值有效应力以底部单元最大,管道肩部最小. 管道不同埋置深度和PPVs具有比例关系,通过实测地表振速与管道有效应力关系可以预测管道截面爆破峰值有效应力,计算关系式可以为岩土爆破施工中邻近管道的安全性评价提供计算方法.     

交通荷载作用下上覆硬壳层软土地基动力响应特征

借助数值模拟软件FLAC3D的动力分析功能,编制了计算模型构建与求解的程序,对交通荷载作用下上覆硬壳层软土地基动力响应特征展开分析.交通荷载作用下产生的动应力在地基土中的传递规律表现出以下特征:不同埋深处,应力时程曲线波动出现短暂的滞后现象;应力水平的高低以及有无硬壳层对于动应力衰减速率影响较大,动应力衰减速率呈现非线性变化特征;动应力沿深度方向的衰减率较静应力明显迅速;上覆硬壳层的存在增大了动应力的影响扩散半径,且动应力在地基土中的扩散路径得以改善.     

列车相向运行对双线无砟轨道高速铁路路基动应力响应分析

为了研究在不同高速列车相向运行速度组合作用下双线铁路路基结构的动应力响应,运用ABAQUS软件,建立了列车相向高速运行的双线高速铁路车辆-轨道-路基系统的动力有限元模型.结果表明:在两列动车组相向运行作用下,基床表层及底层表面沿线路横向动应力分布不对称,路基本体表面动应力分布相对对称;动应力在距基床表层表面2.7 m范围内呈线性衰减,动应力降至路基最大应力的50%左右;在2.7~7.2 m范围内,等效应力幅值衰减速度有所减缓,7.2 m至更深的范围内,动应力衰减最为缓慢;在深度为4.5 m左右至更深的范围内动车组相向运行速度越快等效应力幅值越低;基床表层动应力随动车组纵向间距的变化呈双驼峰形分布,分别在2列动车组的一位和二位转向架横向同轴时达到驼峰;随着动车组相向运行速度的提高,列车荷载所引起的动应力振幅增大,对基床表层的影响更持久、损伤更大.     

交通荷载作用下埋地管道的三维力学性状分析

针对埋地PE管道采用ANSYS商业软件建立了移动恒定荷载作用下三维力学模型,基于新建模型监测了行车荷载作用过程中埋地管道关键位置处竖向位移以及Mises应力的时程响应,分析了移动恒定荷载作用下车行道下方埋地柔性管道的力学性状以及不同结构层的力学性状.研究结果表明:(1)管道纵向上最大力学响应出现在行车荷载作用点正下方的管道顶部,任意横截面上,竖向位移以及Mises应力的最大值均位于管道顶部;(2)监测点与荷载作用点间距离越小,管道监测点处的力学响应越大;(3)管道纵向长度方向上管顶的竖向位移和Mises应力的最大值出现在道路两端,管道中间部位最大力学性状差别不大;(4)埋深较浅的结构层受移动荷载影响程度较大,随着埋深增加,受影响程度快速降低.     

不同牵引制动工况下轮轨接触有限元分析

针对城市轨道交通车辆轮轨关系问题,研究在不同牵引力与制动力作用下轮轨间等效应力和接触力的变化情况,建立地铁车辆LM型车轮踏面和60 kg/m型钢轨轮轨接触有限元模型.通过计算分析得出以下结论:牵引力作用时,车轮最大等效应力的分布相对于接触中心靠前,钢轨最大等效应力分布相对于接触中心靠后;牵引力和制动力对轮轨接触等效应力和纵向切应力的作用效果相反;随着制动力的增大,接触处纵向应力呈近似正比增大,钢轨上最大纵向切应力的分布相对接触中心位于接触斑后部.     

加筋防护埋地管道静载特性的数值模拟与参数分析

目前城市市政工程埋地管道的安全与防护是管理部门日益关注的重点,论文基于有限元数值模拟了静载作用下格栅加筋防护埋地管道的力学响应,综合对比研究了筋材埋深、长度和加筋层数等因素对埋地管道的力学与变形影响,数值计算结果表明:综合管道应力、变形和加载板极限承载力,确定了顶层筋材最佳埋深和长度分别为0.4倍加载板宽度和5倍管道外径;同等条件下,增加格栅加筋层数,地表加载板极限承载力显著增加,且在距中心点相同距离时,底层筋材的应力最大,顶层筋材的应力相对较小。     

下穿立交储水管道模型建立及力学分析

为改善我国下穿立交积水现状,提出在排水系统中增加储水管道的设计方案.基于交通荷载作用下的管-土力学模型,建立储水管道仿真模型,并采用有限元方法分析该仿真模型,对储水管道进行配筋验算,同时分析储水管道各参数对其力学特性的影响.研究结果表明:该仿真模型是可行的;储水管道埋土深度、土基模量、管壁厚度、管道直径等管道参数对其力学特性影响显著.结合研究结果,推荐储水管道埋土深度1.5 m,底部土基模量40 MPa,管壁厚度10 cm,管道直径1 200 mm.     

高速铁路双块式无砟轨道车辆荷载动态传递特征

为研究车辆荷载在无砟轨道中的传递特征,建立车辆-双块式无砟轨道耦合动力学模型,对车辆荷载在无砟轨道主体结构内的动应力和振动加速度传递规律进行研究,并对行车速度、结构尺寸及层间接触状态等影响因素进行分析. 结果表明:车辆荷载的主承载区分布在道床板内,垂向动应力峰值在0.1 m深度之内衰减73%;车辆荷载的主振动区主要分布在道床板内并传递至支承层,垂向加速度峰值在0.1 m深度之内衰减89%;轨道结构动态受力及振动响应均随行车速度的增加而增大;适当减少轨道结构宽度,对其受力和振动特性影响较小. 无砟轨道结构层间插入隔离层,可减小轮轨动力响应及轨道结构动态受力,但结构层间垂向加速度明显增大,插入弹性层,可减小钢轨垂向加速度,但对轮轨动力响应、道床板和支承层动态受力及振动特性影响较小. 所得结论可为无砟轨道设计和优化提供理论参考.     

夯击载荷作用下埋地输气管道的可靠度分析

强夯是导致埋地输气管道第三方破坏的主要载荷形式之一。针对西气东输东段管线,将埋深作为随机变量,确定其分布规律。利用LS-DYNA商业有限元软件,基于非线性动力学基本理论和动态算法,在半无限土介质中,通过对动力参数和接触参数的合理设置,建立了夯锤-土-埋地管道在动力接触条件下的相互作用模型,计算不同埋深下夯击载荷对埋地输气管道的最大应力Sm,确定了Sm的分布规律。最后,由相关文献得到管道强度r的正态分布规律,运用应力-强度干涉模型的可靠度计算方法求得管道可靠度,并与Monte Carlo法的抽样结果进行比较。研究对埋地输气管道第三方破坏的预测预防以及管道的设计、施工具有重要的参考价值。     

交通和运行荷载耦合作用下管道承插口力学响应研究

承插式混凝土管是目前最为常见的城市排水管道结构形式,在管内流体和上覆荷载的耦合作用下可能发生接头破坏,进而引发管道渗漏。基于Abaqus和Fluent有限元软件建立了考虑橡胶圈承插口的排水管道三维精细化模型和管内流场模型,在充分考虑管土相互作用、承插口和橡胶圈接触以及管内流体的情况下,借助MpCCI (mesh-based parallel code coupling interface)平台联立求解了结构和流体模型,重点研究了不同流量、交通荷载大小和作用位置对承插口动力响应的影响规律。结果表明,在多场荷载的作用下,中心管节的最大主应力和竖向位移最大,且管底和管顶的应力分布规律相同,均受拉,但管底的应力值稍大;流量的改变对承插口的力学响应影响较小;交通荷载幅值大小对承插口的最大主应力和竖向位移的作用较显著,且影响集中在中心管节;荷载作用位置的移动对承插口竖向位移和管顶、管底的力学响应影响较明显。     

跨断层埋管力学行为的多参数模拟分析

为研究断层错动对埋地管道的影响,采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,建立三维管土相互作用的非线性有限元模型,分析断层位移、管径、壁厚、断层及场地类型等参数对管道受力与变形的影响.研究结果表明,管道主要的破坏形态为受拉破坏;断层位移较大时,管道在逆断层作用下的应变反应要大于在正断层作用下的应变反应;场地类型对管道受力与变形有较大影响;增加管道的壁厚能够明显减小管道的拉伸应变峰值,有利于增强管道的抗力性能;断层位移较小时,采用小口径管道能够减轻管道破坏.     

黏弹性饱和土中隧道在爆炸荷载作用下的动力响应

为了给隧道的抗爆防护设计提供理论依据,采用解析法研究了爆炸荷载作用下黏弹性饱和土体中圆形隧道的动力响应问题.假定爆炸发生在圆形隧道中心处,爆炸荷载采用峰值递减的三段突加三角形荷载,应用Biot波动方程模拟饱和土体,将土骨架视为Kelvin Voigt饱和土体,衬砌运动方程基于Flügge壳体理论,通过引入势函数,利用Laplace变换及数值逆变换,得到爆炸荷载作用下土体响应的时域计算结果,给出了在不同土体渗透性参数b*时的黏弹性饱和土中位移、应力的时程曲线,并与单相介质进行了对比;讨论了黏滞阻尼系数η对黏弹性饱和土中位移和应力响应的影响.数值分析结果表明：在爆炸荷载作用下,b*越大,位移和应力幅值振荡越显著,黏弹性饱和土中应力和位移响应幅值小于单相介质;在黏弹性饱和土中,η值越大,波衰减越快,位移和应力响应峰值越小.     

三峡重力坝下游面压力管道抗震试验研究

通过对三峡重力坝及下游面管道的动力模型试验，研究了重力坝和下游面管道结构的动力特性及地震响应规律，给出结构各典型部位在地震荷载作用下的加速度和动应力的分布规律，为设计提供了科学依据。     

三峡重力坝下游面压力管道抗震试验研究

通过对三峡重力坝及下游面管道的动力模型试验，研究了重力坝和下游面管道结构的动力特性及地震响应规律．给出结构各典型部位在地震荷载作用下的加速度和动应力的分布规律．为设计提供了科学依据．