灌浆套管结构性能理论研究

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1、灌浆套管结构性能理论研究摘要:水泥浆体和钢管均能满足弹性力学理论的基本假定,可运用弹性力学相关理论对其进行分析。总结了对灌浆套管的初始应力分布的推导及其理论解。关键词:灌浆套管;水泥浆;初始应力;理论解Abstract:Distributionsofinitialstressinpile-to-sleeveconnectionsaredevelopedbasedonthetheoryofelasticity.Keywords:Pile-to-sleeveconnection;cementgrout;initialstress;an

2、alyticsolution中图分类号:TU74文献标识码:A文章编号:1引言地震及其引发的次生灾害对人类带来巨大的生命和财产损失。因此,研究提高房屋建筑的抗震性能对抵御地震等自然灾害方面起着重要作用,能够有效的保护人民生命财产安全。另外,随着科学技术的进步,我国的多、高层建筑日趋增多,高层建筑和高耸结构正向着日益增高和高强轻质的方向发展。此时,一种灌浆套管技术一一灌注膨胀水泥浆钢管套管技术走入我们的视野,其特殊的作用机理使其具有作为摩擦耗能器使用的潜质。2基本假设水泥浆体和钢管均能满足弹性力学理论的基本假定,可运用弹性力学相关理

3、论对其进行分析。3弹性力学基本方程的建立3.1水泥浆基本方程的建立在极坐标下(极点取在圆心),膨胀水泥浆体的弹性力学基本方程表达式[9]如下:平衡微分方程:几何方程:物理方程:应变协调方程:上式中,p为极径;e为极角;Egi为平面应变下水泥浆体的换算弹性模量;ugl为平面应变下水泥浆体的换算泊松比;为径向应力;为环向应力;为剪应力;为径向应变;为环向应变;£E为水泥浆体自由膨胀引起的应变;为径向位移;为环向位移。引入应力函数u,使得整理得:对于水泥浆环而言,膨胀引起的应变£E为常数,则任意一点应力、位移表达式为:3.2钢管基本方程

4、的建立钢的物理方程为:上式中,Esl为平面应变下钢的换算弹性模量;usl为平面应变下钢的换算泊松比;其余符号同前。对于钢管任意一点的应力、位移表达式推导过程同水泥浆体,即得应力函数:则钢管任意一点的应力、位移表达式为:4灌浆套管初始应力求解4.1灌浆套管中初始应力、位移分布的求解4.1.1外钢管径向刚度较大时水泥浆体受力状态由边界条件知:静力边界条件:位移边界条件:外钢管受力状态由边界条件知:静力边界条件:位移边界条件:内钢管受力状态边界条件知:静力边界条件:位移边界条件:由内钢管的静力边界条件解得内钢管任意一点的应力和位移表达式

5、:代入水泥浆环的位移边界及条件静力边界条件,得:其中,灌浆套管中水泥浆体任意一点的应力和位移表达式:4.1.2外钢管径向刚度较小时水泥浆体受力状态由边界条件知:静力边界条件:位移边界条件:外钢管受力状态边界条件知:静力边界条件:位移边界条件:代入水泥浆环的位移边界条件及静力边界条件,得:水泥浆环任意一点的应力和位移表达式:5小结本文总结了灌浆套管中由于水泥膨胀引起的钢管与水泥浆体界面初始应力分布的理论解推导,及内、外钢管及水泥浆体内初始应力分布计算公式参考文献:BoswellLF,MelloCD.Theexperimentalbe

6、haviorofgroutedconnectionsforconstructionandrepair[M]・Amsterdam:ElsevierSciencePublishers,1985:835-844.龚顺风,沈伟雄,李峰等.海洋平台的灌浆卡箍技术研究[J]・海洋工程,2001,Vol.19,No.3:32-37.GONGShun-Feng,SHENWei-Xiong,LIFeng,etal.StudyonTechniqueofGroutedClampforOffshorePlatforms[J]・OceanEngineeri

7、ng,2001,Vol.19,No.3:32一37.(inChinese)ZhaoXL,GrundyP,LeeYT.GroutSleeveConnectionsunderLargeDeformationCyclicLoading[C]・Proceedingsof2002ISOPEconference,Vol.IV,Kitakyushu,Japan,May,CD-Rom,2002.

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