【摘 要】
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市政排水系统中混凝土管道一直被广泛的应用,排水管道通常埋藏于地下,对于埋地混凝土管道来说,会受到包括管内流体、周围土体以及路面交通荷载等外力的作用,使其发生横向和纵向变形,更甚者会造成管道破损和渗漏等危害。实际工程中的管道是由多节短管组成,承插接口处用橡胶圈密封连接,管节部位也是最易发生破损的部位,同时,由于混凝土排水管道流体中存在一些破坏混凝土结构稳定性的离子,造成混凝土管道内腐蚀,降低了混凝土
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市政排水系统中混凝土管道一直被广泛的应用,排水管道通常埋藏于地下,对于埋地混凝土管道来说,会受到包括管内流体、周围土体以及路面交通荷载等外力的作用,使其发生横向和纵向变形,更甚者会造成管道破损和渗漏等危害。实际工程中的管道是由多节短管组成,承插接口处用橡胶圈密封连接,管节部位也是最易发生破损的部位,同时,由于混凝土排水管道流体中存在一些破坏混凝土结构稳定性的离子,造成混凝土管道内腐蚀,降低了混凝土力学性能和适应变形的能力,造成管道渗漏,更甚者使路面塌陷等,这不但影响城市交通,且对人们的身体健康和社会的生态环境造成极大伤害。本文针对局部腐蚀的混凝土管道采用弹性地基梁模型进行了参数推导,得到腐蚀管段的轴力、剪力以及弯矩;考虑管土间相对刚度,对腐蚀管道通过理论推导得到柔性管垂直土压力计算公式;并分别以正常管道和腐蚀管道为研究对象,考虑管道承插接口以及管内流体、土压力和交通荷载的综合作用,对混凝土管道进行多场耦合的动力响应分析,得到以下结论:(1)管道的轴向应力随着管道沉陷长度、埋深和管径的增加而减小,随最大沉陷深度的增加而增加,对于腐蚀管道来说,其轴向应力小于正常管道时就达到与正常管道相同的沉陷状态。(2)沟埋式管垂直土压力计算中蚀后柔性管道引起的管侧被动土支撑力大于柔性管道和刚性管道,从而会缓解管顶大部分土荷载。上埋式管垂直土压力计算中埋深较小时,蚀后柔性管道管顶承受大部分荷载,管侧所引起的被动土支撑力会相对减小。(3)管底最大主应力值始终大于管顶,承插口的存在使管顶和管底最大主应力值均有不同程度的增大。(4)管道内流体速度的增加,会使管道顶部、底部、内壁以及弯头外拱处的最大主应力值逐渐增加,而随流速的增加,弯头内拱处的最大主应力值先增大后减小。(5)车辆荷载中车辆轮压对管道的影响较大,而车速相对较小,随着轮压的不断增大,管顶竖向位移、管道环向和纵向最大主应力值逐渐增大,管顶外拱处和管底内拱处最大主应力值最大。随着管道埋深的增加管道纵向和环向的最大主应力值减小。(6)不同的车辆轮压、车速、流速和埋深对腐蚀管道的影响作用大于正常管道。(7)管道的最大主应力随腐蚀深度、腐蚀长度、腐蚀宽度、流体流速、车辆轮压的增加而增大;随埋深的增加纵向和承插口最大主应力值逐渐减小,在车速20km/h时最大主应力值最大,其后纵向和承插口最大主应力值随着车速的增加而减小。(8)腐蚀管段承插口的顶部和底部的最大主应力值会产生明显的突变,突变值随着腐蚀深度、腐蚀宽度、腐蚀长度、流速和车辆轮压的增加而增大,承插口底部更容易受拉破坏。(9)腐蚀弯管内壁在不同腐蚀因素、流速、车辆荷载和埋深下的最大主应力最大值主要集中在管底内壁外拱处和管顶内壁内拱处,其在不同影响因素下的最大主应力变化规律与承插口和管道沿纵向长度最大主应力变化相同。
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