深海采矿提升硬管受力特性影响因素敏感性分析

管道提升式深海采矿系统已逐渐成为深海采矿的主流系统,其系统中提升硬管流固耦合力学特性的分析成为深海矿产开发的关键问题。以适用于6 000 m水深深海采矿系统的提升硬管为研究对象,建立包括采矿船、提升硬管、提升泵与中继站等的全系统耦合模型,对硬管运动响应进行时域分析,研究不规则波引起的船舶运动以及水动力作用、海流以及浪流耦合作用对于提升硬管力学性能的影响和各影响因素的敏感性分析。结果表明管系受轴向张力为主,采矿船在波浪影响下的大幅运动将增加张力变化范围,改变管系受力特性,是影响管系受力特性最关键的因素。

重庆官栈河大桥主桥主墩基础锁口钢管桩围堰加固

重庆官栈河大桥主桥为(62+110+62)m三跨连续刚构桥,主墩基础采用锁口钢管桩围堰施工。围堰施工正常水位+325.300 m,施工期控制水位+330.500 m。在该桥主墩围堰完成四周锁口钢管桩插打及前4道内支撑安装后,因极端天气原因,长寿湖水位上涨到+332.200 m,危及围堰安全。为解决钢管桩围堰的安全问题,提出采用水下施工内支撑的加固方案。待围堰内部水头与外部保持一致后,将已经插打的锁口钢管桩加高至标高+334.000 m,拆除已安装好的4道内支撑,重新安装6道内支撑。采用MIDAS Civil软件分别建立加固前、后钢管桩围堰结构有限元模型,分析钢管桩及内支撑的受力安全与稳定性。结果表明:施工控制水位+330.500 m下,围堰结构最大正应力由加固前的162.6 MPa下降到加固后的82.3 MPa,下降了49.3%;承载水位可从施工控制水位+330.500 m增加到目标控制水位+333.500 m,且强度和刚度等均留有一定储备。水下施工内支撑的加固方案可提升围堰的承载能力。该桥围堰加固后整体受力效果良好,已顺利完成承台浇筑施工。

某尾矿库老旧排洪系统封堵技术研究

传统的尾矿库老旧排洪系统封堵技术单一,缺乏适用性。以某尾矿库为例,为同时保证封堵的安全性和经济性,针对某老旧排洪系统的排洪涵洞、涵管,运用先疏后堵的原理,提出刚性封堵与柔性封堵相结合的联合封堵技术。先采用柔性封堵进行疏水,进而使用刚性封堵,最后进行注浆封堵。实践结果表明,联合封堵技术能够解决带水涵洞、涵管的封堵施工困难问题,保障尾矿库的安全运行;材料大多选用库内尾矿,取材方便,且封堵体长度远大于规范值,安全可靠。研究成果可为类似矿山尾矿库老旧排洪系统封堵提供重要的技术支撑。

密砂中刚性管-土相互作用的多尺度模拟

实际工程中,埋地管道和周围土体间的相对运动会对其结构完整性和服役性能产生重大不利影响。目前学者对竖直向下运动的管-土作用研究很少。为加深对管道相对土体向下运动时管土相互作用问题的理解,文中基于耦合有限元法和离散元法的多尺度方法,研究了刚性管道相对于砂土发生竖直向下运动时的土体力学响应和破坏模式。分析结果表明,土体承载力和破坏模式受管道埋深影响明显,当管道埋深较浅时,土体表现出整体破坏特征,而当埋深较深时,则出现局部破坏现象。研究结论可为工程中评估穿越地质灾害地区埋地刚性管道的服役性能提供借鉴意义。

矩形顶管隧道邻近刚性管线施工安全距离研究

针对顶管隧道邻近刚性管线施工安全距离问题,借助有限差分程序和梁—弹簧模型,采用两阶段法,对净空2.6 m×2.4 m矩形顶管电缆隧道在软黏土地层施工时土体变位特征进行研究,分析顶管平行下穿地下刚性管线时管—隧净距、管材和管径对刚性管线最大拉应力的影响,并根据服务年限对管线强度控制标准进行了修正,确定顶管下穿管线的安全施工距离。结果表明:管线最大变形曲率与最大拉应力随着顶管与管线间距的增大呈指数性衰减;同种材质下,管线管径越大,施工扰动导致的最大拉应力越大;管—隧净距及管线管径一定时,钢管的最大拉应力最大,球磨铸铁管其次,灰口铸铁管最小。

柔性保温管用聚氨酯硬泡组合料研究

选择适宜的长链聚醚多元醇,通过一步法制备了全水发泡柔性聚氨酯硬泡,应用于预制直埋保温复合塑料管。柔性聚氨酯硬泡的泡沫力学性能和导热系数均可满足GB/T 29047—2021《高密度聚乙烯外护管硬质聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管及管件》的要求。

刚柔混合输流管的流致振动稳定性研究

弹性管和刚性管串联而成的混合输流管是典型的刚柔耦合系统。基于Hamilton原理,建立了刚柔混合输流管的动力学模型,利用悬臂梁的模态函数对方程进行Galerkin离散,分析了混合管的流致振动稳定性问题,讨论了两管连接处转动弹簧的刚度、刚性管与弹性管的质量比和长度比对系统临界流速的影响。结果表明,刚性管长度比的增加能显著降低混合管的临界流速,并且主要发生2阶模态失稳。当刚度和质量比取某些值时,随着内流流速的增加,混合管可能出现“失稳(2阶模态)-稳定-再失稳(3阶模态)”的变化过程。此外,随着弹性管质量比的增加,还观察到了混合管由2阶模态过渡到4阶模态的失稳模式。

筒仓模块化穹顶式滑模刚性平台单榀足尺试验研究

随着筒仓直径的增大,仓顶结构的施工难度也显著提升。为检测模块化穹顶式滑模刚性平台在大直径筒仓仓顶混凝土结构施工时的承载能力,对36m跨度模块化穹顶式滑模刚性平台取出一榀空间管桁架进行静力试验及理论分析。根据实际试验对象的约束条件,建立有效的有限元计算模型,并对单榀空间管桁架有限元计算结果与试验结果进行对比分析。结果表明:单榀空间管桁架具有良好的承载能力,结构变形及各杆件内力呈线性增长,锥壳工况设计荷载下,结构最大位移值为59.4mm,最大压应力为-133.1MPa,最大拉应力为261.7MPa,均满足规范要求,试验值与有限元值相吻合,验证了有限元计算模型的正确性。

椭圆变形管道非开挖修复内衬弹性屈曲性能研究

非开挖内衬技术广泛应用于城市地下管网的修复,对于保护城市环境和保障地下管网结构安全具有重要意义。然而原有管道的椭圆变形缺陷会降低新建内衬管的结构稳定性。将几种不同的椭圆变形管道内衬临界屈曲压力计算数学模型进行了对比,分析了现有规范中计算方法的不足,并基于最小势能原理和非线性理论,通过椭圆局部曲率方程推导出内衬的结构势能,建立起原有管道椭圆变形后柔性内衬管在外部静水压力作用下屈曲压力计算的数学模型;通过理论模型计算结果与有限元数值模拟结果进行对比,发现两者计算得到的内衬临界屈曲压力的计算误差基本上在10%以内;分析了不同椭圆度和内衬尺寸比(DR)值对内衬临界屈曲压力的影响规律,并通过与其他计算模型进行对比,验证了本文提出的计算模型在不同DR值内衬设计时的优势。

LNG硬管接车臂自动对接研究及应用

针对现有LNG装卸场站槽车充装多为手动充装、人工推动接车臂操作困难、劳动强度大、耗时长、效率低等问题,提出一种具备在划定车辆停靠区域情况下自动对接的LNG硬管接车臂的控制方法。一是实时采集各执行机构的位移,换算为各旋转关节运动的角度及角速度,为有效抑制干扰,防止信号突变,引入一阶滞后滤波算法,滤波后反馈给控制系统;二是通过D-H表示法建立接车臂的运动学模型,进行接车臂的正、逆运动学分析;三是在笛卡尔直角坐标空间规划接车臂末端的实时空间位姿及其对应的速度、加速度;四是建立外环角度控制,内环角速度控制的位置速度双环控制器;五是采用Matalb机器人工具验证正运动学解算表达式的正确性及接车臂运动范围仿真,通过阶跃信号仿真双环与单环PID控制算法的控制效果,实际测试表明自动对接准确率可达99%,相比手动对接时间可节约30%,可有效提高对接效率,减少操作人员数量及劳动强度。LNG硬管接车臂的自动对接控制方法能较好地应用于LNG装卸场站槽车充装自动对接,具有一定的推广和参考价值。

HFC-245fa含量对预制直埋保温管道泡沫性能影响研究

采用高压发泡机制备了HFC-245fa/水发泡的预制直埋保温管道硬质聚氨酯泡沫。考察了HFC-245fa用量对聚氨酯硬泡压缩强度、导热系数、闭孔率、吸水率、老化前后尺寸稳定性能的影响。结果表明,加入HFC-245fa的聚氨酯硬泡各项性能均比未加入的泡沫好;随着HFC-245fa用量的增加,聚氨酯硬泡各项性能也呈现递增趋势;HFC-245fa用量为零(全水)的泡沫老化前后导热系数变化最大,且HFC-245fa用量越高,老化前后的导热系数差异越小。

往复式压缩机管道振动跨度以及支架刚度设计分析

与往复式压缩机相连的管道设计应满足API618分离裕度要求,这要求管道要有一定的刚度且要充分考虑支架自身刚度。本文重点讨论往复式压缩机的连续敷设的4in出口管道最大允许振动跨度以及管道支架结构的刚度要求,并给出相关建议。

墩式LNG加注码头设计及应用

通过对加注模式及已建趸船式和岸船式码头的分析,提出一种新的加注模式,首次采用墩式方案,并发明一种软管与硬管组合装置,应用于工程案例,成功实现了船舶加注,取得了良好的效果。该方案具有投资低、结构安全可靠、运营期损耗少等特点,可为类似工程的建设提供参考借鉴。

基于先柔后刚理念的“缓冲层+钢管混凝土支架”性能分析

针对煤矿矿山压力不断加大、软岩大量出现、支架损坏严重、巷道变形严重超限、支护成本急剧增加、生产安全无法保障等问题,根据先柔后刚、先让后抗的理念,设计了“围岩+缓冲结构+钢管混凝土+喷射混凝土”复合支护体系,用ANSYS软件模拟分析了该支护系统的受力状态,结果表明:该体系具有“先柔后刚”的力学特性,能显著降低支架工作点的压力,提高其自身承载力,且具有无需二次支护、施工工艺简单、施工成本降低、经济效益良好的特征。

钢丝网骨架聚乙烯热熔胶复合管使用寿命测试研究

将钢丝网骨架聚乙烯热熔胶复合管作为研究对象,通过室温力学性能测试以及耐热性能测试的方式,确定外界因素对复合管使用寿命的影响。结果表明:当内压达到相应的负载量时,复合管出现强度失效情况;室温环境下复合管的极限弯矩为950 N·m,失效位移为250.0 mm,环刚度极值为45.0 kN,当超过此数值时,实验样本失效。安全温度为80~85℃,可承受的外部温度约为160℃。在上述工作条件下,复合管不会受到失效威胁。在日后复合管的应用过程中,可将此结果作为参考依据,延长复合管应用寿命。

扭转刚度测试方法及对构架疲劳强度影响

根据构架在线路运行中的扭曲状态和标准JIS E 4207:2004《铁路车辆-转向架-转向架构架设计通则》中规定的构架扭转刚度测试方法提出改进的刚度测试方法,新的测试方法简单且实用性较强,误差有效地控制在7%之内。构架根据结构设计形式的不同分为管梁型构架及箱梁型构架。利用新的扭转刚度测试方法分别对管梁型构架及箱梁型构架进行扭转刚度测试,同时理论分析两种类型构架扭转刚度不同的原因。利用ANSYS仿真分析软件对两种类型的转向架构架进行仿真分析,得出:构架扭转刚度的大小主要取决于测量的横截面积及横梁的结构形式,管梁型结构构架扭转刚度小于箱梁型结构构架的扭转刚度;在构架受扭转变形影响较大的区域,如横梁与侧梁的连接位置,由于箱梁型构架扭转模态频率较高,其动应力幅值较管梁型构架要小。

直埋敷设供热管道垂直荷载计算方法的研究

介绍了四种常用垂直荷载计算方法:《城镇直埋供热管道工程技术规程》法、Marston法、Г·К·Клейн法和棱柱荷载法。给出了计算垂直荷载的土壤垂直压力因数曲线,讨论了考虑沟槽为直壁沟槽或斜壁沟槽、管道为刚性或柔性管道时的垂直荷载计算方法及适用条件。实例计算结果表明,沟槽为斜壁沟槽的Г·К·Клейн法计算结果最小,《城镇直埋供热管道工程技术规程》法计算结果最大;工程实际情况下的垂直荷载在数值上趋近于棱柱荷载。

液化侧向扩展场地刚性排水管桩群桩振动台试验研究

地震作用下土体发生液化侧向扩展对建筑物极具破坏性,特别是对建筑物的桩基、高架桥梁等,消除和减小土体液化扩展引起的对结构安全的危害具有极大的意义。刚性排水管桩由圆形空心刚性桩与排水体结合而成,其在具有排水功能的同时,又具有较大的承载力,但是目前针对刚性排水管桩群桩抗液化性能的研究仍十分有限。基于振动台试验,开展了桩顶承台竖向荷载作用下刚性排水管桩群桩与普通桩群桩处理液化侧向扩展场地的振动响应对比研究,分析了地基土的超孔压比、加速度、平均沉降、承台位移、挡板位移以及桩身弯矩等。研究结果表明:刚性排水管桩地基与普通桩地基相比,超孔压、桩身弯矩、地基沉降、承台位移、岸壁位移明显减小,而加速度增大,充分表明刚性排水管桩的抗液化效果显著。

刚性空心管桩屏障对P波和SH波的隔离效果研究

采用波函数展开法和Graf加法定理,根据桩-土界面处总应力和扭矩平衡的边界条件,得到单排非连续刚性空心管桩屏障对入射平面P波和SH波散射系数的理论解。引入无量纲位移和透射系数等概念,绘制了不同壁厚的刚性空心管桩屏障后的无量纲位移等值线、透射系数随管桩间距的变化曲线以及不同数量的管桩组成的屏障后的无量纲位移变化曲线等图件,通过进一步的分析得出单排非连续刚性空心管桩屏障的隔振效果随着管桩间距和壁厚的减小而提高、最佳隔离区域随着管桩数量的增多而增大等重要结论,为非连续刚性屏障的隔振设计提供了理论依据。

深水液压卡爪式法兰连接器的设计

海洋油气资源丰富,全球44%的海上油气资源储存在深水海域。因低温高压深海环境,加上复杂的地理、地质情况,所以开发难度很大。针对3000m水深油田开发中海底管道回接中无人刚性管道连接难题,充分研究国外大公司的网站资源及国外专利,提出ROV辅助作业的三种12英寸液压卡爪式法兰连接器的结构设计方案,三种方案在功能结构上均有新颖之处,选取最佳方案并进行了管道强度和稳定性计算、卡爪和法兰危险截面的强度计算,证明结构是可靠的。所设计的连接器将为结构可靠性及控制方面的深入研究奠定基础,是深水管道回接关键技术中的重要环节。