埋藏式加劲环钢管 抗外压失稳计算方法的分析与应用埋藏式加劲环钢管 抗外压失稳计算方法的分析与应用.pdf

________________________________________________________________________http:\\ 水电站设计 第 16卷第1期 D H P S 　2 0 0 0 年 3 月 埋藏式加劲环钢管 抗外压失稳计算方法的分析与应用 1 2 2 2 3 3 陈观福 , 伍鹤皋 , 熊德炎 , 王金龙 , 郝 　鹏 , 王 　辉 ( 1 清华大学水电系 , 北京 　100084;2 武汉水利电力大学水电系 ,湖北 武汉 　430072 ; 3 中南勘测设计研究院,湖南 长沙 　440002) 摘 　要 :对国内外现有埋藏式加劲环钢管抗外压稳定的计算方法进行了比较分析 , 并将这些方法编制成一个计 算程序 , 经验证后 , 运用该程序对一个实际工程进行分析 , 所得计算结果和采取的工程措施为埋藏式加劲环钢 管的抗外压稳定设计提供了有价值的参考。 关键词 :外水压力; 屈曲失稳; 压力钢管; 加劲环; 钢衬 ( ) 中图法分类号: TV73241 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 : 1003 - 9805 2000 01 - 0042 - 06 1 　前　　言 埋藏式压力钢管利用围岩分担内水压力可以减薄钢衬厚度 , 但薄钢衬的抗外压失稳能力 降低,在外水压力或施工期间的灌浆压力或流态混凝土压力作用下 ,钢管的抗外压稳定问题变 得突出。埋藏式压力钢管的外压失稳与材料的屈服强度及初始缝隙值有直接关系 , 且与外压 分布形态及钢管的初始缺陷有关 , 是一个复杂的几何非线性问题。对于埋藏式加劲环钢管而 言, 至今尚无完善的抗外压失稳计算方法。国内外埋管失稳事故的教训告诉我们 , 埋管一旦失 稳 ,将造成巨大的经济损失。然而如果设计得过于保守 , 就需选用厚钢板或加密加劲环的环距 或加大加劲环的尺寸 , 从而浪费钢材并给施工带来不便。所以 ,选择一种能较真实反映埋管抗 外压失稳能力的计算方法具有工程实用价值。 2 　研究现状分析 埋藏式压力钢管抗外压失稳的设计步骤为 :首先根据已定的光面管管壁厚度计算其临界 外压; 如果不满足稳定要求 , 可考虑设置加劲环 , 此时先根据钢管临界外压计算加劲环的间距 , 然后根据加劲环抗外压失稳要求计算出加劲环的尺寸。显然 , 埋藏式加劲环钢管的压曲稳定 包括环间管壁的稳定和加劲环的稳定。现就环间管壁稳定和加劲环稳定的计算方法比较分析 如下。 　　收稿日期 : 1999 - 02 - 10 ( ) 　　作者简介 : 陈观福 1974 - , 男, 江西于都人 , 博士研究生 , 主要研究水工结构的非线性有限元计算。 42 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. __________________________________________________________________________中国科技论文在线 http:\\ 2 . 1 　环间管壁稳定的计算方法 2 . 1. 1 　Mises 方法 对于加劲环间的管壁 ,失稳时波数一般较多, 波幅较小。管壁与混凝土之间存在一定的初始 ( ) 缝隙 ,对管壁变形的约束作用不大 ,故加劲环式埋管的管壁临界外压仍采用明管的米赛斯 Mises 公式计算,安全系数略予降低。日本和美国垦务局钢管设计规范以及阿姆斯图兹等人都推荐采用 米氏公式 ,我国的钢管设计规范也规定采用米氏公式计算加劲环间管壁的临界外压。 2 . 1. 2 　文献 〔8 〕建议的方法 实际上 ,钢管并不是理想的圆柱壳 ,在某个或某些部位会存在着初始缺陷 , 失稳形态