“L”形直埋供热管道受力规律数值模拟.pdfVIP

维普资讯 弓 Z 计算结构力学及其应用 VoL．L3No．3 1996年8月 COMPUTATIONALSTRUCTURALMECHANICSANDAPPLICATIONSAugust1996 “L形直埋供热管道受力规律数值模拟’ (清华大学水利水 电工程系，北京，100084) 摘 要 考虑到作用于管道上的径 向压力和摩擦力同管道位移有关的实际受力特性 ．本文 采用 ANSYS程序中的三维接触面单元对北京=里庄小区供热管同 L”形管道的位移及内力 的分布规律进行 了数值模拟 ，井分析了弯头夹角 0、结构参数等固素对最大应力 的影响。 全面地揭示了管网中…L形管道弯头部位易破裂的原因．井提出了一系列对工程设计和施工 有重要参考价值的结论 。 关键词 ． 塑堡堡 ；直堡筮煎磐 蕉歪 分类号 ． !塑：娑!旦兰!：! 问题 的提 出 直埋供热管道取代传统地沟敷设技术在全 国各地的普及推广不仅节省了大量的直接投 资，而且加快了施工速度，节约了大量能源 。然而，国外的直埋供热管道在 “L”形管段采用增加 软泡材料来保证管道在 “L”形管段处于 自由位移状态 ，以便释放管道 内部应力从而保证 “L”形 管段的安全 。而 目前我国多数直埋供热管道工程在 L 形管段并未采取相应措施 ，而是直接埋 入土中，这种敷设在小管径和温差较低时弯头部位应力未达到管材的强度极限，尚可正常运 行。但对于大直径管道或运行温差大时由于土壤对管道运行的阻力较大 ，常导致在 L”形管段 内弯头处的应力超出材料的强度极限值而造成管道的破坏。目前越来越多的直埋管道在弯头 处出现断管和渗漏就是这一问题的具体反映，因此有必要对其进行全面研究 2 研究方法的特 点 目前的许多研究都是将土层对管道的作用简化为一个纵向均布的大小不变的摩擦力和沿 横向的同管道横向位移成正比的反力条件下进行的，实际上不仅横向力与管道位移有关纵向 摩擦力也与管道的位移有关 。因此本研究在模拟管土相互作用时采用了ANSYS程序中三维 接触面单元既考虑了管道所受侧 向土压力的变化又考虑了纵向摩擦力随位移变化而变化的特 点，比较真实地反映了 “L”形管段的受力情况。 3 直埋管道 的受力特点 3．1 作用于管道上的静止土压力 ·煤炭青年教师基金资助项 目 本文于 1995年 7月29日Il皇到 维普资讯 计算结构力 学及其应用 根据马斯顿土压力理论知道，作用于直埋管道管顶的竖向土压力。为 。 ： l=—兰譬_l一L1e。j．j 作用于管底的土压力取： 2c ： — Ⅷ‘ 一一 蟛 ，’+十万Wp 作用于管道的侧 向土压力为： = H0tg。(45。一姜) (3) 为计算方便取管道上、下、侧 向土压力平均值作为作用在管道周围的土压力为 ： c一 如¨ +{ 詈 (4) (1)～ (4)式 中：D一—— 直埋管道的保温外径，m； — — 直埋管道和其内部介质单位长度重 ，ki／rll； B—— 直埋管道管沟宽度 ，取D +06m； 7—— 回填土容重 ，kN．／m。；