多層結(jié)構(gòu)直埋熱水供熱管道應(yīng)力原位實驗及熱-力耦合有限元分析.pdf

1、直埋熱水供熱管道由于受到周圍土壤的位移約束作用，導致管道工作升溫時其內(nèi)層鋼管的熱膨脹力得不到完全釋放，從而在鋼管中會產(chǎn)生很大的應(yīng)力。鋼管應(yīng)力過大會影響管道壽命和相關(guān)市政設(shè)施的安全。本論文針對直埋熱水供熱管道與土壤相互作用的復雜性，圍繞多層結(jié)構(gòu)直埋熱水供熱管道的應(yīng)力特性展開研究。首先，利用直埋熱水供熱管道應(yīng)力分析原理對大口徑直埋熱水供熱管道進行了原位實驗，并對聚氨酯保溫材料的力學性能參數(shù)進行了實驗測定；其次，利用大型通用有限元軟件ANSY

2、S建立了多層結(jié)構(gòu)直埋熱水供熱管道及單層結(jié)構(gòu)直埋熱水供熱管道的熱-力耦合有限元模型；最后，應(yīng)用該模型對直管段及管件的應(yīng)力特性進行了全面計算分析，得到了一些有價值的成果。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過在管道表面粘貼金屬應(yīng)變片的方法，采用無線遠傳技術(shù)對首次運行的直埋熱水供熱管道進行了一個采暖季的應(yīng)力測試，得到了管道截面應(yīng)力變化和管土摩擦系數(shù)變化規(guī)律。⑵鑒于現(xiàn)行分析方法未考慮聚氨酯對多層結(jié)構(gòu)直埋熱水供熱管道的影響，因此提出了單軸壓縮實驗

3、以測試聚氨酯力學性能，得到了聚氨酯的力學性能特性和參數(shù)。⑶利用大型通用有限元軟件ANSYS，建立了管土熱-力耦合有限元模型，分析了直管及管件的應(yīng)力變化規(guī)律。⑷基于管土熱-力耦合有限元模型給出了直埋熱水供熱管道的應(yīng)力驗算具體方法，通過管土作用分析對管件的接管長度進行了簡化。研究表明：彎頭內(nèi)壓一次應(yīng)力與直管不同，應(yīng)進行驗算；彎頭二次應(yīng)力、三通一次應(yīng)力和二次應(yīng)力均應(yīng)采用管土熱-力耦合有限元模型進行驗算；長彎臂對彎頭的作用可以用位移荷載替代，長