基于有限元的混凝土泵管爆破压力研究

杜 婷,徐明利,张路敏,叶 豪

(华中科技大学土木与水利工程学院,湖北 武汉 430074)

混凝土泵送过程中竖直泵管内混凝土对管壁的集中作用力导致骨料磨损不均匀,使管道产生局部磨损缺陷;且竖直泵管在泵送时不断往复振动,棘轮效应[1]积累塑性变形使管道截面会产生偏心变形局部变薄。一旦泵车出口压力超出额定压力,混凝土泵管管壁最薄处的应力有可能会超出其容许应力而导致泵管失效[2]。

有学者采用试验、数值分析和经验方法对有缺陷管道的爆破压力进行计算和预测[3-7]。经典的磨损缺陷管道爆破压力计算公式通常是针对净截面极限荷载分析,例如J.F.Kiefner等[8]在美国ASME B31G标准的基础上提出了修正B31G公式和PCORRC公式[9];Lin Y等[10]提出了月牙形磨损的套管爆破压力计算公式;J.B.Choi等[11]则在有限元模拟中对比了以不同参考应力作为失效判别依据的计算结果,并且以试验结果和数值分析结果拟合得到了预测缺陷管道爆破压力的方程;C.Plecan等[12]根据管道径向应变分析了承受循环内压的管道性能,结果表明管道材料的应变硬化增加了产生裂纹和爆管的风险,在泵管弯管处的振动位移使泵管发生弯曲变形,内压受弯管道在塑性状态下受拉侧管壁变薄而导致截面偏心变化,由此Tang N C[13]提出了以管道弯曲半径来计算管道塑性条件下壁厚变化的公式;Chen Z等[14-15]推导了偏心管道在内压作用下管壁应力的解析解,提出了适用于小厚径比的偏心管道爆破压力计算公式。……