爆破荷载作用下埋地钢管的动力响应研究

发布时间：2020-10-27 03:44

　　 随着我国城市化建设的不断发展,输油、输气、电缆、通讯、输水等地下管线已经与人们生活息息相关,同时庞大的地下管网与城市化建设施工区域、爆破工程等施工区域产生越来越多的交集。爆破产生的有害效应已成为其周边地下管网的重要安全隐患之一,尤其爆破振动效应更有可能直接影响地下管网的正常工作。因此,爆破荷载作用下埋地管道的动力响应问题是城市爆破施工中亟需解决的课题之一,具有重要的理论和现实意义。本文运用LS-DYNA建立炸药、埋地钢管、泥土介质的三维有限元模型进行了仿真计算,研究不同药量、不同爆心距情况下埋地钢管的动力响应规律,研究表明:管道迎爆面中心单元应变峰值和振动速度峰值均随着药量的增加而增加,随着爆心距的增加而减小。因此,在管道附近爆破时应合理控制距离和药量,可采用微差爆破等方法对单段药量进行控制。本文在国家自然科学基金《爆破荷载作用下埋地管道的动力响应与破坏机理研究》的支持下,在理论分析和数值模拟的基础上,针对药量、爆心距、爆源埋深三个影响因素,采用控制变量法设计了实验方案,并对三种无缝钢管进行现场实验。通过对现场实验数据分析得到:(1)管道应变和振动速度峰值均随着药量的增加而增加,随着爆心距的增加而减小;(2)管道质点振动速度大小受地震波传播方向的影响;(3)得出了实验条件下的应变峰值与爆心距和药量计算公式,可为同类研究提供参考。
【学位单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU990.3
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国内外理论研究现状
        1.2.2 国内外数值模拟与实验研究现状
        1.2.3 国内外研究现状的不足
    1.3 主要研究内容和方法
第2章 埋地管道动力响应相关理论
    2.1 爆破应力波的基本理论
        2.1.1 爆破应力波产生机理
        2.1.2 岩体在爆破应力波作用下变形规律
        2.1.3 爆破地震波的传播与衰减规律
        2.1.4 爆破地震波在界面的反射与透射
    2.2 爆破荷载作用下埋地管道动力响应分析方法
        2.2.1 埋地管道受爆破地震波影响特性
        2.2.2 爆破荷载作用下埋地管道动力响应分析方法
        2.2.3 埋地管道的管土相互作用分析
    2.3 本章小结
第3章 爆破荷载作用下埋地钢管动力响应的数值模拟研究
    3.1 爆破荷载作用下埋地管道的动力响应的有限元法分析
    3.2 爆破荷载作用下埋地钢管的数值模拟
        3.2.1 单元类型的选择
        3.2.2 材料模型及参数
        3.2.3 模型的建立及网格划分
        3.2.4 模型的边界条件
    3.3 爆破荷载作用下埋地钢管数值模拟计算结果分析
        3.3.1 应力云图分析
        3.3.2 不同药量对爆破荷载作用下埋地钢管的影响
        3.3.3 不同爆心距对爆破荷载作用下埋地钢管的影响
        3.3.4 不同管道埋深对爆破荷载作用下埋地钢管的影响
    3.4 本章小结
第4章 爆破荷载作用下埋地钢管动力响应的实验研究
    4.1 现场实验介绍
        4.1.1 实验方案
        4.1.2 管道尺寸
        4.1.3 实验设备
        4.1.4 实验准备
    4.2 管道不同位置应变峰值分析
        4.2.1 环向拉压应变峰值分析
        4.2.2 轴向拉应变峰值分析
    4.3 爆心距对爆破荷载作用下埋地钢管的影响
        4.3.1 爆心距对管道应变峰值的影响
        4.3.2 爆心距对管道振动速度的影响
    4.4 管道尺寸对爆破荷载作用下埋地钢管的影响
        4.4.1 管道空压时的容许拉伸和压缩应变
        4.4.2 管道加压时的容许拉伸和压缩应变
        4.4.3 不同尺寸埋地钢管应变实验结果分析
    4.5 临近埋地管道爆破安全药量计算
        4.5.1 应变计算模型及公式
        4.5.2 应变计算公式拟合
    4.6 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

【参考文献】

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本文编号：2857985