[发明专利]一种直埋管道过缝结构模型的构建及分析方法

说明书

本发明提供一种直埋管道过缝结构模型的构建及分析方法，根据不同地质条件提出了混凝土直埋管道的结构缝设置工况和设置区域，建立了混凝土直埋管道的结构缝的管道物理模型，即为混凝土直埋管道预留空腔的管道物理模型和为预留空腔填充保护材料的管道物理模型。提出了在混凝土直埋管道空腔不变形的条件下仅承受内水压力和温度变化时的管道应力计算边界条件假定和分析方法；提出了在混凝土直埋管道空腔变形的条件下的管道应力计算边界条件假定和分析方法；提出了在混凝土直埋管道空腔变形、同时还需承受管道内水压力和温差变化条件下的管道应力计算边界条件假定和分析方法。此外，找出了混凝土直埋管道过缝过程中的应力应变规律。

技术领域

本发明属于水利水电技术领域，尤其是涉及一种直埋管道过缝结构模型的构建及分析方法。

背景技术

在水电站的设计中，不可避免地会采用大量的埋设管道，其中的一些埋设管道会穿越混凝土分缝，需要进行“过缝处理”。一般情况下，工程师们会参照已有的经验，套用过缝处理的经验数据(表)进行设计；以往的管道直径较小，在较大管径的混凝土直埋管道则没有可参照的工程经验；在缺乏正确的计算分析方法进行分析而选取管道参数时，在某些情况下，这样的套用可能存在风险。

发明内容

本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种混凝土直埋管道预留空腔的管道过缝结构模型的构建方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种直埋管道过缝结构模型的构建方法，其特征在于：所述直埋管道过缝结构模型的构建方法包括：埋设在混凝土中的直管道，在穿越分缝时，如果不增设柔性管节，则通常会在一段管道外加设套管或外敷柔性材料，以在较长的一段埋设管道外形成一个空腔，将局部变形转化为一段管道的变形，以增加管道对于变形的适应能力，因此，构建如下管道过缝时的物理模型，A、C为管段进入混凝土处的两个端点，B为管段的中点；DL为由于混凝土变位产生的管道长度方向的增变量，H为由于混凝土变位产生的管道径向的变量；以此为基础，分析该结构受力变化，管段长度为L，f为管段A点和C点由于长度方向变量DL产生的力，F为管段A点和C点由于径向变量H产生的力，M为管段A点和C点由于径向变量H产生的弯矩；在管道材料弹性范围内，物理模型忽略A点和C点外混凝土内管道的变形，忽略空腔内柔性材料的作用，将分缝处可能发生的倾斜变形转换为轴向和径向变形。

本发明的第二个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种基于直埋管道过缝结构模型的分析方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种基于直埋管道过缝结构模型的分析方法，其特征在于：所述基于直埋管道过缝结构模型的分析方法前文所述的直埋管道过缝结构模型的构建方法所构建的直埋管道过缝结构模型，并包括：

(1)混凝土变形前的管道特性分析

对于管道承受内水压力，可以由下式计算ABC管段承受的管道周向应力σ₁₁，下式中，P为管道内水压力，Di为管道内经，Dt为管道壁厚；

由上式可以得出，由于管道内水压力引起的管段周向应力σ₁₁与管道内水压力P、管道内径Di正比例相关，与管道壁厚Dt反比例相关；与管段长度L无关；

对于管道埋设后的温度变化，可以由下式计算ABC管段承受的管道轴向温变应力，式中，α为管道的线膨胀系数，E为管道的弹性模量，DT为温度增加值；

σ₁₂＝-αEDT (2)

由上式可以得出，由于管道温度变化引起的管段轴向应力σ₁₂与温度变量DT正比例相关，与管道内径Di或外径Do、壁厚Dt以及管段长度L无关；

(2)混凝土变形后的管段特性分析