含腐蚀及椭圆度缺陷管道的动态屈曲传播研究

通过建立有限元模型对海底管道的真实工况进行数值模拟,计算准静态条件下的管道压溃压力以及屈曲传播压力,并与管道全尺寸试验结果以及DNV-OS-F101规范中的计算结果进行对比,验证模型的准确性;在有限元模型中利用数据传递的方法将准静态条件下管道局部压溃的受力状态传递到动态模型中,并对管道在动态条件下的变形特点进行探究;研究管道腐蚀深度、初始椭圆度以及加载的传播压力对屈曲剖面长度、屈曲传播速度和反向椭圆度等管道动态屈曲传播特征值的影响。研究结果表明:在加载压力较小时,管道屈曲剖面长度随压力增大而减小;管道屈曲传播速度随着压力和初始缺陷的增大而加快;管道反向椭圆度的出现会阻碍屈曲沿管道轴线的传播,管道反向椭圆度随压力增大而增大。

考虑椭圆度缺陷的盾构管片结构极限承载性能研究

为了探究初始椭圆度缺陷对于管片结构在外部围压下极限承载性能的影响,提出考虑初始椭圆度缺陷的管片非线性稳定极限承载性能计算方法.建立数值分析模型并基于文献实验数据验证,对椭圆度缺陷的几何计算理论及其取值进行分析;分别引入横长轴和斜长轴初始椭圆度缺陷,就不同椭圆度缺陷对管片非线性稳定极限承载力的影响进行参数分析;提出含椭圆度缺陷管片极限稳定承载力的取值建议.结果表明,初始椭圆度缺陷对管片非线性极限承载力均为不利作用,且缺陷越大,不利越明显.当不同椭圆度缺陷时,荷载系数随位移的变化均为迅速增大、平缓增大和趋于收敛.当不同横长轴椭圆度缺陷时,极限荷载系数的变化趋势为:以土体侧压力系数0.6为界,经历缓慢增大、迅速增大;以土体抗力系数5.0 MN/m^(3)为界,经历迅速增大、缓慢增大;以接头抗弯刚度50.0 MN·m/rad为界,经历迅速增大、趋于平稳.对于不同椭圆度缺陷,随着倾斜角的增大,极限荷载系数逐渐增大,对应误差百分比绝对值逐渐减小,横长轴椭圆度缺陷为最不利工况.在实际工程中含椭圆度缺陷管片的非线性极限承载力相对无缺陷时的折减系数可按0.85~0.90考虑,而按整体式管片近似求解实际衬砌式管片时的极限荷载系数可按折减系数0.85考虑.