埋藏光面管抗外压稳定分析的阿姆斯图兹法研究及其应用

发布时间：2020-01-19 08:18

【摘要】：地下埋藏式压力钢管主要失效模式为外压作用下的失稳破坏,目前国内外多个压力钢管设计规范推荐采用阿姆斯图兹法(简记阿氏法)对埋管进行抗外压稳定分析。然而由于目前对阿氏法失稳机理和控制微分方程相关的理论研究仍不系统,同时由于阿氏法中影响因素较多、机理复杂,各国规范在应用该法进行埋管稳定分析时仍不统一。鉴于此,本文以埋藏光面管为研究对象,对抗外压稳定分析的阿氏法理论和应用进行了科学系统地研究,主要内容包括:(1)基于单波失稳机理和基本假定,系统推导了光面管临界外压Pcr分析的阿氏法微分方程组和近似解析求解方法,绘制了确定管道临界外压Pcr的快速查询图,编制了相应的计算程序,同时指出了光面管阿氏法理论推导过程中仍存在的问题。(2)揭示了阿氏法临界外压Pcr的主要影响因素及其影响规律,给出了阿氏简化计算公式的适用范围建议。研究表明:径厚比r/t、钢管与外包钢筋混凝土间缝隙率ηiu、钢材屈服强度σs是无缺陷光面管临界外压Pcr的主要影响因素;当径厚比r/t30时需同时考虑外压稳定性和强度校核;当30≤r/t60时,采用阿氏原公式以保证有良好计算精度的结果·;当60≤r/t时,采用阿氏简化公式具有良好的计算精度,与原公式误差在5%以内;当r/t100时阿氏法存在临界外压Pcr随钢材强度σs增加而减小的问题。(3)对比研究了中国、美国和日本压力钢管设计规范中3种阿氏简化迭代计算方法,给出了临界外压Pcr迭代公式选取、缝隙计算与取值、安全系数取值的建议,指出了阿氏论文、美国ASCE、美国EM中临界外压Pcr计算公式的有误处。研究表明:3种简化迭代计算方法均需考虑参数使用范围,工程常用参数范围内各简化迭代计算公式结果相差不大;缝隙值对临界外压Pcr有较大影响,缝隙值需结合实际监测和分析取值;建议抗外压安全系数取1.5,以适应管道技术进步现状和国际竞争力要求。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV732.41

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本文编号：2571009