【摘要】：預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,PCCP)因具有可承受內(nèi)外高壓、防滲、耐腐蝕、通水能力強(qiáng)、安裝方便、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性好而廣泛應(yīng)用于市政,電力和水利等工程領(lǐng)域。但目前國內(nèi)外對于大直徑PCCP管線受到不同施工擾動(dòng)所產(chǎn)生的受力和變形的規(guī)律研究較少。本文以某PCCP輸水管道進(jìn)行局部改遷為背景,在學(xué)習(xí)總結(jié)相關(guān)成果的基礎(chǔ)上,首先仔細(xì)研究了該工程中選用的埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP-E)的幾何參數(shù),并利用MIDAS GTS/NX和ABAQUS有限元軟件建立了能夠考慮大直徑PCCP管與原管線基礎(chǔ)各構(gòu)件之間連接關(guān)系的仿真模型。基于該模型,分析研究了新管槽開挖深度、新舊管槽距離、上覆土開挖、管座分離和單管改遷等不同工況下既有大直徑PCCP管線基礎(chǔ)位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)位移和大變形條件下PCCP管拔管和接管過程中管道接駁口力學(xué)響應(yīng)特征,為實(shí)際工程提供了參照。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)通過前期對國內(nèi)外PCCP管線改遷相關(guān)資料的學(xué)習(xí),總結(jié)國內(nèi)外大直徑PCCP管的發(fā)展?fàn)顩r及PCCP管線的應(yīng)用現(xiàn)狀;本文論述了管線改遷過程中新鋼管基坑開挖支護(hù)理論,分析了兩個(gè)遷管段在新鋼管管槽開挖時(shí)對于既有正常工作PCCP輸水管線豎向位移的影響。(2)在未考慮地下水影響的情況下,通過對兩個(gè)不同遷管段的有限元模擬,研究了新管槽基坑的開挖深度和新舊管槽間距對于既有正常工作PCCP輸水管線的位移影響。結(jié)果表明,新管槽的開挖使得既有PCCP輸水管線基礎(chǔ)產(chǎn)生豎向位移,管線局部隆起;而且受到新管槽的開挖深度和新舊管槽間距影響最大,新管線基礎(chǔ)開挖深度越大和新舊管槽間距越小,新管槽基坑開挖使得既有PCCP管槽產(chǎn)生的位移越大。(3)針對所研究的其中一個(gè)遷管段,固定新鋼管槽開挖深度和新舊管槽間距,考慮地下水位在新鋼管管槽基礎(chǔ)開挖工況中對于既有PCCP管的位移影響。結(jié)果表明地下水位深度對新鋼管管槽支護(hù)結(jié)構(gòu)位移、地面沉降和既有PCCP輸水管位移均產(chǎn)生重要影響,同時(shí)新管槽支護(hù)結(jié)構(gòu)位移也會(huì)對既有PCCP管線產(chǎn)生豎向位移影響,如在實(shí)際施工過程中能有效地控制地下水位和采取合適支護(hù)結(jié)構(gòu),則可有效地減小新鋼管管槽開挖對原PCCP輸水管的影響。(4)考慮新管槽基坑開挖和不考慮新管槽開挖影響的工況下,既有管槽開挖上覆土、切割分離共有管座、單管停水以及單管改遷施工工序?qū)τ卩徑ぷ鞴苁芰?變形影響。研究結(jié)果表明在實(shí)際的施工過程中,新鋼管管槽的開挖對于鄰近正常工作輸水管近管的位移影響大于遠(yuǎn)管位移;開挖上覆土?xí)r對于鄰近工作管有使得工作管線基礎(chǔ)上抬的位移影響;而接下來的原共有基礎(chǔ)管座切割分離和單管改遷時(shí)對于鄰近正常工作PCCP管也有上抬的位移影響。(5)利用有限元分析軟件ABAQUS建立大直徑PCCP管線的模型,模擬分析管線改遷對于2節(jié)、3節(jié)和5節(jié)PCCP管線結(jié)構(gòu)中的鋼筒、核心混凝土以及預(yù)應(yīng)力鋼絲變形規(guī)律,得出單管拔出對鄰近管段的受力-變形會(huì)造成影響規(guī)律。同時(shí),由于新鋼管材質(zhì)與原PCCP管線材質(zhì)不一樣而產(chǎn)生不同的沉降差,結(jié)果表明,當(dāng)PCCP管線與新鋼管管線產(chǎn)生不超過8.1mm的沉降差時(shí)兩管焊接處產(chǎn)生的拉拔力沒有超過兩管焊接時(shí)的拉拔力,但在實(shí)際施工時(shí)需要及時(shí)的監(jiān)測,提高焊接質(zhì)量,滿足施工要求。(6)利用有限元分析軟件MIDAS GTS/NX研究大直徑PCCP輸水管局部改遷對既有管位移的影響,得出模擬結(jié)果和工程監(jiān)測數(shù)據(jù)較為吻合,計(jì)算所得既有PCCP輸水管的豎向位移與監(jiān)測資料誤差很小,證明了有限元模擬分析的合理有效性。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TV672.2
【圖文】：

被動(dòng)土壓力強(qiáng)度：pσ=γΖΚp 為所計(jì)算的被動(dòng)土壓力系數(shù)，上述公式中的計(jì)算符號和主動(dòng)土壓朗肯土壓力理論壓力理論是在極限平衡狀態(tài)條件下，考慮土體自重情況下計(jì)算土擋墻后土體視為表面絕對光滑時(shí)計(jì)算擋墻土壓力，該公式特別下圖 1-1、圖 1-2 和圖 1-3。肯理論中的主動(dòng)土壓力：土的相關(guān)公式：動(dòng)土壓力：aΡ =γΖΚa主動(dòng)土壓力：aΡ=ΗΚ2a21γ

圖 1-2 主動(dòng)土壓力計(jì)算模型Fig.1-2 Active Earth Pressure的相關(guān)公式：壓力：aaaΡ =γΖ Κ 2c Κ土壓力：γγ22a2221 ccaaΡ =ΗΚ Κ+

8圖 1-3 被動(dòng)土壓力計(jì)算模型Fig.1-3 Stress of Passive Earth Pressure被動(dòng)土壓力理論性土：pΡ =γΖΚp土壓力計(jì)算公式：pΡ=ΗΚ2p21γ 粘性土：ppΡ =ΖΚ+2c Κpγ 土壓力計(jì)算公式：ppΡ =ΗΚ+2cΗ Κ212pγ ， 主動(dòng)土壓力符號，k;a aΡ-P

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本文編號：2758849