内水压力作用下加劲环对压力钢管外围混凝土应力的影响

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1、第9卷O1期Vo1．9No．012011年2月Feb．2011内水压力作用下加劲环对压力钢管外围混凝土应力的影响新刚(华东勘测设计研究院，杭州310014)摘要：通过有限元分析，从加劲环厚度、高度及设置问距三方面，探究内水压力作用下加劲环式压力钢管外围混凝土环向应力的变化规律。计算表明，加劲环厚度越大，外围混凝土环向应力呈锯齿形波动．力Ⅱ劲环高度越大，外围混凝土环向应力越小；加劲环间距越大，外围混凝土环向应力呈先增大后减小的趋势。另外，从内水压力、钢管厚度及压力钢管半径三方面，研究有无加劲环时外围混凝土环向应力差的变化规律。计算表明，内水压力、钢管厚

2、度及压力管道半径越大，加劲环对外围混凝土环向应力影响越大；相比无加劲环时，加劲环的设置使得外围混凝土环向应力№有所增大，但幅度有限。南出关键词：加劲环；内水压力；混凝土应力中图分类号：TV33文献标识码：A文章编号：1672—1683(2011)001—0108～02北讽与甜EffectofStiffenerRingORtheStressofSteelPenstocksOuterConcreteunderInnerPressureYA()Xingang水W(TheEasternChinaInstituteJbrSurveyandDesignResea

3、rch，Hangzhou310014，China)利SAbst~ct：ThroughFEM，theregularofthehoopstressofouterconcreteofsteelpenstockwithstiffenerringunderinnerpressurehasbeenstudiedintheaspectsofthewidth，heightanddistanceofstiffenerring．Theresultsindicatethehoopstresspresentssawtoothvariationwithwi—技derstiff

4、enerring．Thehoopstressisincreasinglylesswithhigherstiffenerring．Thehoopstressincreasesfirstly，decreasesatlastwithlongerdistanceofstiffenerring．Inaddition，theregularofthehoopstressdifferenceofouterconcretewhenexistingstiffenerringornottosteelpen∞stockhasbeenresearchedintheaspect

5、sofinnerpressure。widthandradiusofsteelpenstock．Theresultsindicatethatthehigherpressure，the肿widersteelpenstockandthebiggerradiusitis，thestiffenerringcanimposegreatereffectonhoopstressofouterconcrete．Comparedwithnostiffenerring．thehoopstressofouterconcreteincreaseswhenstiffenerri

6、ngsareset，buttheincreasingextentislimited．Keywords：stee1penstock，innerpressure，stressofconcrete地下埋管常常采用增加加劲环的方法来提高稳定性以及度取(加劲环间距十6)m。在运输、施工时增加钢衬的刚度。关于加劲环式压力钢管的边界条件：模型底部为固端约束，轴向为自由端，其他面抗外压失稳，相关的研究成果E较多。但是在内水压力作用皆为法向刚性约束。钢衬外围的混凝土厚度较大，主要是为下加劲环对压力钢管外围混凝土应力的影响，这方面的内容了减小边界条件对计算结果的影响。另

7、外，钢管、加劲环和混凝土采用8节点的等参块体单却鲜有研究成果。本文将借助Ansys软件进行有限元线性分元模拟，不考虑混凝土和钢衬、加劲环之问的接触。加劲环析，探究加劲环的设置对压力钢管外围混凝土应力的影响。式钢管计算模型如图1所示。1计算模型及说明I由于加劲环厚度、间距等参数是变化的，因此各项计算所建立的模型不尽相同，下面仅以其中一个较为标准的模型进行说明。模型由钢衬、加劲环和素混凝土构成，其中加劲环厚度取20mm；加劲环高度取0．2m．力Ⅱ劲环间距1ml压力钢管半径1．5m；钢管厚度22mii1。内水压力3MPa。钢管和加劲环的弹性模量E一210G

8、Pa，泊松比“一0．3。混凝土的弹性模量E=28GPa，泊松比u=0．167。模型的轴向长图1加劲环式钢管模