基于风险的地下铸铁管道遭受腐蚀寿命预测研究.doc

基于风险的地下铸铁管道遭受腐蚀寿命预测 　　　　　　　　　　　　C.Q. Li 1*, M. Mahmoodian2 澳大利亚皇家墨尔本理工大学:土木、环境与化学工程学院1* 英国格林威治大学工程学院2 摘要：在役的地下铸铁管道不可避免会老化及劣变，腐蚀是导致管道失效最主要的原因。虽然在过去的几十年中做了大量的研究，但更重要的是腐蚀对管道结构的影响及其使用寿命的预测。本文提出了一种方法来定量评估管道崩溃时的风险，并利用时变可靠度理论理论预测其剩余使用寿命。运用断裂力学中应力强度的概念来建立管道的破坏准则。实证模型推导出了基于数学回归的可用数据最大腐蚀凹点的变化。本文提供了一个示例,以说明的应用提出的方法。表明了管道风险崩溃随管道内径和外径增大而腐蚀增大。此外表明管道越小，其崩溃的风险就越小。本文的研究结论：运用时变可靠度来预测管道崩溃和剩余寿命是非常有效的。所提出的方法可以帮助地下水工业发展进行更好的管理与管道修复或更换现有的管道提供好的策略。 关键字：可靠性铸铁管腐蚀断裂应力强度 铸铁广泛用一般在水行业的管道材料建筑材料，特别是在20世纪60年代以前。在英国，虽然铸铁管水管道被淘汰，用于主干网路的管道，将水从水库主要，是大直径，通常大于300毫米（12），而用分布干线网路管通常是75毫米和300毫米之间，直径（3–12）。 许多管道腐蚀失效机理，是与几乎所有的管失铸铁被发现是最主要的 [18]因此，在过去的几十年中对铸铁管的腐蚀，相当多的研究已经进行，如多利亚克等人所代表特别是[7]，ODAY等人[19]，兰德尔- 史密斯等人。 [23]Kirmeyeretal[9]，Camarinopoulos、[5]Rajanietal[21]，马卡尔等人[14]，Atkinson、。[3]萨迪克、[24]andsoon等。腐蚀对管道及其剩余使用寿命的结构能力的影响也被探讨，更多的研究是前者比后者多些。 拉贾尼等人[21]提出了考虑到腐蚀点会降低管道的结构承载能力来估计灰铸铁水管的剩余使用寿命的方法。采用一种基于腐蚀的测量和预期的腐蚀速率迭代模型计算了管道的剩余容量，这可能并不总是可的操作。 Ahammed?和Melchers [1]?提出了一种预测的地下管道失效概率可靠性方法。第一二阶矩法计算的管道的失效概率。Camarinopoulos?et?al.[5]?提出了一种方法来评估水管的可靠性，考虑腐蚀坑深度和可能引起的。针对最大腐蚀坑导致墙体厚度的损失幂律。蒙特 Carlo?模拟技术可靠性计算可靠性。伊夫 ·?和?Patrick?[31]?也提出了一种方法来计算埋地水管可靠性，为底层的变量使用的维修记录和威布尔分布。这在大多数情况下是该方法似乎完全依赖历史在预测遭受腐蚀的地下管道的剩余寿命，李等人?[13]?开发管道腐蚀机械基础概率模型。采用蒙特?Carlo?模拟计算作为累积概率分布函数的剩余寿命。铸铁管可以两种模式失：?管道壁厚的损失减少和尖端的应力集中损失裂缝，或在一般管道中韧性强度缺陷。大多数发表的研究详细检查这一领域,如上情况进行了简要的评述,表明当前的研究更多的关注比韧性强度的损失。上情况进行了简要的评述,表明当前的研究更侧重于韧性强度的损失。检查的主干水管中揭示了大多数铸铁水管的失是类型，即失由裂纹及随后的增长造成崩溃研究文献也表明铸铁管道的恶化评估过程没有明确考虑的管崩溃时间效应众所周知,恶化管道和管道上的外不仅是时变的,而且也不确定的。基于随机过程理论这样一个方法更适合在评估管道崩溃和剩余使用寿命水管的崩溃可以对社会，经济和环境破坏，造成的的后果，例如，日常生活的的中断，恢复原状的巨大成本，洪水泛滥，污染，等等这里所提出的管道系统安全崩溃和其剩余的生命的可能性进行全面评估。在本文中，提出了一种方法来定量分析评估在一段时间内管崩溃的风险，预测地下管道寿命寿命预测公式一般的管道或结构的使用寿命的的管停止执行设计功能的。建立性能评价标准。可靠性理论中，这个标准是在极限状态函数表示形式如下]=p[S(t)L(t)] (2) 在一个时间段里，Pf大于管道最大可接受的风险故障。在Pa的概率方面的中，它是管道变得不安全或不能使用，需要更换或修理的时间。这可以由下式计算： Pf(Tl)Pa (3) 其中为使用寿命的管为给定的评估标准和可接受的风险。原则上，可接受的风险可以从管道系统的其整个使用寿命期间风险成本优化来确定。但这超出了本文的范围，而不会在此所讨论的，但以往的研究认为，例如，锂[11]和Thoft-Christensen和索伦森[28] 式