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埋藏光面管抗外压稳定分析的阿姆斯图兹法及其应用研究

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广西大学学报（自然科学版） 2017年第4期42卷 1561-1571页

作者：张伟刘林林陈玮伍鹤皋广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 广西防灾减灾与工程安全重点实验室广西南宁530004 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

针对阿姆斯图兹法(阿氏法)失稳机理和控制微分方程不系统、各国规范采用的迭代公式和工程应用不统一的问题,本文系统推导阿氏法单波失稳机理的控制微分方程组,对比论证了单波失稳机理的可靠性;给出临界外压迭代计算公式的推导假定,剖析... 详细信息

针对阿姆斯图兹法(阿氏法)失稳机理和控制微分方程不系统、各国规范采用的迭代公式和工程应用不统一的问题,本文系统推导阿氏法单波失稳机理的控制微分方程组,对比论证了单波失稳机理的可靠性;给出临界外压迭代计算公式的推导假定,剖析了目前常用的4种迭代公式的异同;研究简化临界外压迭代公式选取、缝隙计算与取值、安全系数取值对对抗外压设计方案的影响;指出阿氏论文以及美国ASCE、美国EM引用阿氏公式中的有误处。工程实例分析表明:我国埋藏光面管抗外压设计安全储备相对偏大,建议采用阿氏法临界外压迭代公式和1.5的抗外压安全系数,使安全储备与国际标准基本一致,以适应管道技术进步现状和国际竞争力要求。

关键词：埋藏光面管抗外压稳定阿姆斯图兹法失稳机理临界外压迭代公式设计规范

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

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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

作者：刘林林广西大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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/t外压稳定性和强度校核;当30≤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。

关键词：埋藏光面管抗外压稳定阿姆斯图兹法(阿氏法) 失稳机理临界外压迭代公式

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钢岔管抗外压稳定研究

钢岔管抗外压稳定研究

作者：杨鑫华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

岔管可能会由于灌浆控制不好导致的灌浆压力过大或由于输水系统放空时外水压力作用下,引起结构外压失稳破坏。因此,在岔管设计过程中,应对岔管的抗外压稳定问题给予足够的重视。但是如何准确地获得岔管临界外压稳定值仍未被系统研究。目... 详细信息

岔管可能会由于灌浆控制不好导致的灌浆压力过大或由于输水系统放空时外水压力作用下,引起结构外压失稳破坏。因此,在岔管设计过程中,应对岔管的抗外压稳定问题给予足够的重视。但是如何准确地获得岔管临界外压稳定值仍未被系统研究。目前,规范中建议的岔管抗外压稳定分析方法是阿姆斯图兹法,该方法是将岔管与直管不加区分,取出管的一个典型断面按平面应变问题进行计算,但由于岔管是一种复杂的空间组合薄壳结构,运用此方法的计算结果误差较大;因此有必要研究出一套能够充分反映岔管结构外压实际情况的分析方法。内加强月牙肋岔管具有受力明确、结构尺寸较小的特点,兼具水流流态好、水头损失小、结构可靠和制作安装简单等优点,在国内外众多大中型常规和抽水蓄能电站中得到了广泛的应用。本文提出将特征值屈曲分析方法应用到内加强月牙肋岔管外压稳定分析中。为证明本文所提出方法的正确性,在岔管外压计算前,本文运用特征值屈曲分析方法计算带加劲环明钢管的临界外压值,通过对比米塞斯公式计算带加劲环明钢管的外压结果与特征值屈曲法的计算结果,发现特征值屈曲法结果符合客观规律,验证了这是一套能反映岔管实际抗外压稳定能力的计算分析方法;之后本文考虑月牙肋岔管的结构特点,通过APDL语言对岔管进行参数化建模,运用特征值屈曲分析方法计算,不但获得了岔管外压稳定的屈曲临界荷载,与规范中建议的阿姆斯特兹公式计算结果进行了对比,而且对岔管管壁位移和应力分布情况作出分析,提出了相应的工程建议;进一步研究了管壁厚度和肋板对内加强月牙肋岔管临界外压值的影响,将不同管壁厚度的岔管位移和应力分布进行了对比研究,同时也将有无肋板的管道管壁的应力位移进行对比分析,研究成果对实际工程具有一定的参考意义。

关键词：岔管明管特征值屈曲分析抗外压稳定

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地下埋管抗外压稳定分析

四川水力发电 2013年第4期32卷 91-94,116页

作者：黄涛李生庆中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院云南昆明650051 云南鲁布革顾问有限公司云南昆明650051

某水电站压力管道地下水位与内水压力均较高,充水后,调压井及压力管道向山体渗水,进一步加剧了地下水的丰富性。在无可靠排水措施的情况下,压力钢管道的外水压力不能折减,经计算,所设计的钢管道结构形式不能满足外压要求。通过采用在上... 详细信息

某水电站压力管道地下水位与内水压力均较高,充水后,调压井及压力管道向山体渗水,进一步加剧了地下水的丰富性。在无可靠排水措施的情况下,压力钢管道的外水压力不能折减,经计算,所设计的钢管道结构形式不能满足外压要求。通过采用在上平段、1#斜井、中平段适当位置打排水洞与深排水孔的措施,有效降低了外水压力,保证了钢管道的抗外压稳定。

关键词：外水压力排水洞抗外压稳定水电站

最优化技术在加劲环式地下埋管抗外压稳定设计中的应用

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西北水电 2014年第3期 28-31页

作者：吕东海冯华鹿宁中国水电顾问集团西北勘测设计研究院有限公司西安710065

加劲环式地下埋管的稳定是压力钢管设计中重要的问题之一,既要满足结构需要又要经济合理。文章在加劲环式地下埋管抗外压稳定设计过程中采用最优化技术解决了钢管管壁厚度、加劲环厚度及加劲环高度最优选择的难题,对加劲环式地下埋管设... 详细信息

加劲环式地下埋管的稳定是压力钢管设计中重要的问题之一,既要满足结构需要又要经济合理。文章在加劲环式地下埋管抗外压稳定设计过程中采用最优化技术解决了钢管管壁厚度、加劲环厚度及加劲环高度最优选择的难题,对加劲环式地下埋管设计的经济性取得了借鉴性成果。

关键词：最优化技术加劲环地下埋管抗外压稳定

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非对称Y型岔管抗外压稳定性分析

西安理工大学学报 2005年第3期21卷 241-244页

作者：陈莉静李宁赵冰西安理工大学水利水电学院陕西西安710048

利用拱轴圆弧临界荷载理论讨论了岔管环向稳定性,并与相应圆柱管的抗外压临界荷载进行定性比较;用非线性有限元屈曲分析法,对岔管和相应圆柱管的抗外压临界荷载进行了量化比较;通过加劲环间距、管壁厚度对岔管临界荷载与相应圆柱管临界... 详细信息

利用拱轴圆弧临界荷载理论讨论了岔管环向稳定性,并与相应圆柱管的抗外压临界荷载进行定性比较;用非线性有限元屈曲分析法,对岔管和相应圆柱管的抗外压临界荷载进行了量化比较;通过加劲环间距、管壁厚度对岔管临界荷载与相应圆柱管临界荷载比值的影响分析得出,岔管的抗外压临界荷载与其几何参数有关,不一定总是大于相应圆柱管临界荷载值。

关键词： Y型岔管抗外压稳定临界荷载屈曲分析

埋管失稳分析的阿姆斯图兹法影响因素及应用条件

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人民长江 2019年第1期50卷 163-169页

作者：陈玮张伟张小飞刘林林广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西南宁530004 广西大学广西防灾减灾与工程安全重点实验室广西南宁530004 山东黄河河务局济南黄河河务局供水局北店子闸管所山东济南250013

为给出埋藏式压力管道抗外压稳定分析的阿姆斯图兹法(简记阿氏法)使用建议,剖析了其临界外压计算的影响因素和应用条件。统计了阿氏法主要影响因素,即埋管径厚比、缝隙率和屈服强度的国内工程实例的数据,进而研究了这3种影响因素在工程... 详细信息

为给出埋藏式压力管道抗外压稳定分析的阿姆斯图兹法(简记阿氏法)使用建议,剖析了其临界外压计算的影响因素和应用条件。统计了阿氏法主要影响因素,即埋管径厚比、缝隙率和屈服强度的国内工程实例的数据,进而研究了这3种影响因素在工程实例范围内对阿氏法临界外压计算值的影响规律。对比了阿氏法简化公式与原公式的计算精度,结合强度破坏模式开展了阿氏法应用条件研究,给出了基于管道径厚比数值的阿氏法选用建议,并用试验数据进行了验证分析。研究表明:径厚比小于35时,需同时考虑抗外压稳定和抗外压强度校核,抗外压稳定的临界外压宜采用阿氏法原公式分析;径厚比在35～60之间时,建议采用阿氏法原公式以保证计算精度;径厚比大于60时,可采用阿氏简化公式提高计算效率。

关键词：埋藏式压力管道抗外压稳定阿姆斯图兹法

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加劲式压力钢管外压稳定性有限元屈曲分析

水力发电 2010年第4期36卷 63-66页

作者：李明刘婕伍鹤皋苏凯张伟北京国电水利电力工程有限公司北京100024 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 天津普泽工程咨询有限责任公司天津300204

埋藏式压力钢管抗外压稳定是工程设计中的关键问题。在考虑钢管的初始缺陷、塑性行为以及大变形的基础上,利用ANSYS三维有限元软件,进行了加劲式压力钢管的特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,给出了加劲式压力钢管的失稳屈曲模态和荷载位... 详细信息

埋藏式压力钢管抗外压稳定是工程设计中的关键问题。在考虑钢管的初始缺陷、塑性行为以及大变形的基础上,利用ANSYS三维有限元软件,进行了加劲式压力钢管的特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,给出了加劲式压力钢管的失稳屈曲模态和荷载位移曲线,并将计算结果与解析算法的结果进行了比较,论证了使用有限单元法进行加劲式压力钢管屈曲分析的可行性;同时讨论了不同初始缺陷、管壁厚度和加劲环尺寸对加劲式压力钢管临界荷载的影响。

关键词：抗外压稳定有限元屈曲分析初始缺陷荷载位移曲线加劲式压力钢管

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CCS电站隧洞钢衬美国标准与中国标准对比

人民黄河 2014年第12期36卷 94-96页

作者：陈丽晔王春姚宏超黄河勘测规划设计有限公司河南郑州450003

根据厄瓜多尔CCS水电站实际情况、合同及美国标准的规定,确定了钢衬材料的机械性能及许用应力,对钢衬抗外压稳定进行了计算分析,修正了美国标准中加劲环自身抗外压稳定计算公式,并且对美国标准与中国标准计算结果进行了对比。结果表明:... 详细信息

根据厄瓜多尔CCS水电站实际情况、合同及美国标准的规定,确定了钢衬材料的机械性能及许用应力,对钢衬抗外压稳定进行了计算分析,修正了美国标准中加劲环自身抗外压稳定计算公式,并且对美国标准与中国标准计算结果进行了对比。结果表明:随着加劲环间距的增大,中国标准得到的加劲环自身抗外压稳定计算值偏小。鉴于外水压力值超过了2.0 MPa,且钢筋混凝土衬砌段为透水设计,虽然按美国标准复核抗外压稳定满足要求,但是考虑工程安全起见,采取在压力钢管上部30 m处设排水洞。

关键词：隧洞钢衬许用应力美国标准中国标准抗外压稳定设计厄瓜多尔CCS水电站