李叔禹　張青

摘 要：本文主要對(duì)圓形管受力情況進(jìn)行了分析，并通過(guò)相關(guān)推導(dǎo)，論證受均布垂直壓力的圓形管管壁不產(chǎn)生生彎矩。最后通過(guò)對(duì)完好圓管的實(shí)例運(yùn)算和5組破損管道的實(shí)例運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出管道破損產(chǎn)生應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)管道完好時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力。

關(guān)鍵詞：有限元分析；管道應(yīng)力；破損導(dǎo)管受力分析；導(dǎo)管爆管

1 引言

近年來(lái)許多施工單位針對(duì)爆管及癟管事故做了許多研究，經(jīng)過(guò)眾多研究結(jié)果表明，造成爆管的原因主要是：導(dǎo)管質(zhì)量差，存在缺口，導(dǎo)管接頭處密封性不好，混凝土灌注停止時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，混凝土離析等等原因。本文主要針對(duì)鉆孔過(guò)程中管材出現(xiàn)破損，以及破損的裂口長(zhǎng)度及寬度對(duì)其應(yīng)力的影響進(jìn)行研究。

2 水下混凝土灌注過(guò)程導(dǎo)管受力情況分析

2.1 受力情況分析

管道應(yīng)力分為三種應(yīng)力：

（1）軸向應(yīng)力，即沿著管道軸向的應(yīng)力：

對(duì)于灌漿導(dǎo)管，軸向應(yīng)力的計(jì)算截面以下部分自重所產(chǎn)生的應(yīng)力，即：[σZ]=G/S=[ρ材]gSh/S=[ρ材]gh

（2）徑向應(yīng)力，即垂直于管壁的應(yīng)力：

對(duì)于薄壁管道，一般不考慮管壁擠壓產(chǎn)生的徑向應(yīng)力；

對(duì)于厚壁管道，徑向應(yīng)力不論是內(nèi)壓還是外壓作用都是以壓應(yīng)力形式出現(xiàn)，在一邊為極值另一邊為零。

（3）環(huán)向應(yīng)力：即管壁內(nèi)沿著圓周方向的應(yīng)力。

結(jié)論：受均布垂直壓力的管道，截面不產(chǎn)生彎矩。

3 導(dǎo)管材料無(wú)破損時(shí)實(shí)例分析

3.1 理論推導(dǎo)計(jì)算結(jié)果

本文以向陽(yáng)東路樁基混凝土施工過(guò)程中出現(xiàn)癟管爆管為事件原型，樁長(zhǎng)90m，混凝土重度24kNm3泥漿濃度12kN/m3；鋼材強(qiáng)度210MPa，重度78kN/m3。管壁厚10mm，外徑30cm，則R為14.5cm。

根據(jù)上2.2節(jié)推導(dǎo)，底部受泥漿壓強(qiáng)為p=[γ泥h]=1.08MPa，則：

[σθ]=pR/t=1.08×0.145/0.01=15.66MPa

3.2 有限元分析結(jié)果

如圖4，計(jì)算結(jié)果環(huán)向應(yīng)力為15.65MPa，與手算結(jié)果一致。

4 結(jié)論

當(dāng)導(dǎo)管材料無(wú)缺陷無(wú)破損時(shí)，90m深導(dǎo)管底部產(chǎn)生應(yīng)力為15.66MPa，應(yīng)力值較小，不足以使導(dǎo)管爆裂。

參考文獻(xiàn)：

[1] 駱嘉成，樊帥.灌注樁導(dǎo)管爆管與癟管的原因分析[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）， 2013（5）：69～71.

[2] 張宏偉.導(dǎo)管灌注水下混凝土樁爆管的原因分析[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化， 2011（10）：326～328+331.