【摘要】：水電站埋藏式壓力鋼管(簡稱埋管)最主要的失效形式是在外壓作用下失穩(wěn),目前研究認為埋管在外包混凝土中受外壓失穩(wěn)是受約束穩(wěn)定失效問題,其臨界外壓公式建立在穩(wěn)定失效模式和強度失效準則上。然而,埋管仍有可能發(fā)生強度失效或者純穩(wěn)定失效。鑒于此,本文系統(tǒng)剖析了計算埋管臨界外壓的強度失效理論、受約束穩(wěn)定失效理論和純穩(wěn)定失效理論及各自的代表方法——鍋爐公式、Jacobsen法和Boot法,并利用埋管臨界外壓的主要力學影響因素分析了三種臨界外壓計算公式的關聯(lián)性,利用埋管設計參數徑厚比r/t、縫隙率△/r和屈服強度σs量化了鍋爐公式、Jacobsen法和Boot法的適用范圍。為方便應用,給出了三種公式適用范圍的快速查詢圖,匯總了三種公式計算臨界外壓的結果查詢圖。主要結論如下:(1)鍋爐公式建立在強度失效模式和強度失效準則上;Jacobsen法建立在穩(wěn)定失效模式與強度失效準則上;Boot法建立在穩(wěn)定失效模式與穩(wěn)定失效準則上。鍋爐公式和Jacobsen法的失效準則均為最大應力微元達到屈服強度受壓屈曲,故為強度失效準則;Boot法使用失穩(wěn)區(qū)應變能最大的駐值條件作為失效準則,不涉及管材屈服強度σs,是穩(wěn)定失效準則。Jacobsen法和Boot法的失效模式類似,認為管壁橫截面上只存在一個失穩(wěn)區(qū),內含屈曲波,是典型的穩(wěn)定失效模式。鍋爐公式的失效模式沒有考慮失穩(wěn)區(qū)和屈曲波,是強度失效模式。(2)徑厚比r/t是影響埋管在外壓作用下發(fā)生何種失效模式的關鍵因素。徑厚比r/t減小時,屈曲波振幅減小,最大應力微元靠近外包混凝土,管壁約束增強,埋管從受約束穩(wěn)定失效向強度失效過渡;徑厚比r/t增大時,屈曲波振幅增大,最大應力微元遠離外包混凝土,管壁約束減弱,埋管從受約束穩(wěn)定失效向純穩(wěn)定失效過渡。(3)受縫隙率△/r和屈服強度σs影響,徑厚比r/t大致在30以下時,埋管發(fā)生強度失效,推薦使用鍋爐公式;徑厚比r/t在30～120之間,埋管發(fā)生受約束穩(wěn)定失效,推薦使用Jacobsen法;徑厚比r/t大致在120以上時,埋管發(fā)生純穩(wěn)定失效,推薦使用Boot法。為提供更詳細的臨界外壓計算公式適用范圍并且方便應用,給出了以上3種公式適用范圍的快速查詢圖。
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TV732.41
【圖文】：

外水壓或者灌團荷載，容易發(fā)生失穩(wěn)事故。１９８５年，美國Ｂａｔｈ邋Ｃｏｕｎｔｙ電站埋管外壓屈逡逑曲。１９９３年，劉家峽電站１號機組埋管失穩(wěn)。２０００年，響水電站鋼管失穩(wěn)。２０１０年，逡逑西班牙Ｎｏｒｔｈｅｒｎ電站埋管外壓失穩(wěn)［７］，見圖１－２。因此，抗外壓穩(wěn)定設計成為很多埋管逡逑設計的控制要素Ｐ，８＃１。逡逑（ａ）電站失穩(wěn)埋管邐（ｂ）邋Ｎｏｒｔｈｅｒｎ電站失穩(wěn)埋管逡逑圖１－２埋管失穩(wěn)實例逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｂｕｃｋｌｉｎｇ邋ｏｆ邋ｂｕｒｉｅｄ邋ｔｕｂｅｓ逡逑埋管抗外壓穩(wěn)定設計的成果是臨界外壓，單波失穩(wěn)理論是計算臨界外壓的重逡逑要理論基礎之一，為多國水電站壓力管道設計規(guī)范推薦【１Ｍ４］。國內外研究者對臨界外壓逡逑的研究取得了很大進展，獲得了一系列成果，但這些研究已不能滿足持續(xù)發(fā)展的地下逡逑埋管工程建設，主要體現(xiàn)在：逡逑１．

無論失穩(wěn)區(qū)存在幾個，其內部均由若干個屈曲波組成。多數研究者直接給出了假定逡逑的屈曲波方程，但未附加證明，而Ａｍｓｔｕｔｚ于１９６９年提出并證明了近似三個半波的失逡逑穩(wěn)模式。在圖１－３所示失穩(wěn)模式和失穩(wěn)區(qū)微元上，Ａｍｓｔｕｔｚ建立了彈性力學三大基本方逡逑程和邊界方程組：逡逑３逡逑

（ｃ）形成更多軸對稱環(huán)向波逡逑圖１－４軸對稱失穩(wěn)過程逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｂｕｃｋｌｉｎｇ邋ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ邋ｍｏｄｅ逡逑結合了混凝土徑向約束條件和鋼材屈服條件等，實際是明，被一些試驗所驗證。瑞士邋Ｓｕｚｅｒ邋Ｂｒｏｓ公司的多個受外壓論及其失效模式ｍ；邋Ｂｏｒｏｔ［２２］利用軸向長度為１２０ｍｍ的隙率？介于0．00２３？０．００２５，管道徑厚比ｒ々介于３１．８５？２５０邋ＭＰａ？３８０邋ＭＰａ，驗證了其多波失穩(wěn)理論。綜上分析、思路清楚且被試驗驗證，早期的埋藏式壓力管道設計者力鋼管抗外壓穩(wěn)定校核，所得安全系數也較小，約為１．４基于多波失穩(wěn)理論的臨界外壓八■？計算公式主要有Ｖａｕｇｈａ［２１］逡逑

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9 林忠q

本文編號：2777903