Buckle propagation of damaged SHCC sandwich pipes: Experimental tests and numerical simulation

Sandwich pipe (SP) combining high-strength performance and thermal insulation has been considered an effective solution for oil and gas transportation in ultra-deepwater. Strain hardening cementitious composite (SHCC) is well known for its capacity to withstand both tensile load and external hydrostatic pressure. The sandwich pipe considered in the research is constituted of concentric steel pipes with SHCC annular layer. In the present research work, the SHCC was manufactured, and full scale sandwich pipes were assembled. Intact and damaged specimens were submitted to controlled external pressure in a hyperbaric chamber to obtain the collapse and propagation pressures, respectively. Modeling and simulation of the buckle propagation of the SPs were correlated with the experimental results. The results show that sandwich pipe with SHCC core has an excellent structural strength under high external pressure in both intact and damaged conditions. Moreover, the results also show that the interaction between the annular and the inner/outer pipes provides a significant contribution to the buckling resistance under propagation pressure.     

基于Ansys的矩形加筋平盖封头强度评定

将有限元方法与分析设计相结合,利用有限元分析软件Ansys对一种矩形加筋平盖封头进行强度评定。本文首先介绍瓶盖封头结构的改进。然后建立有限元模型,并进行应力求解。结果表明,此加筋平盖封头满足强度要求,与普通平盖封头相比,减小了平盖的厚度,降低了结构总重量,对平盖封头的结构改进设计具有一定指导作用。     

浅埋顶管沉井周边土体的三维破坏形状及沉降研究

为研究顶管沉井及周边土体在顶进力作用下的形变范围与大小，以加固旋喷桩作为沉井周围加固体建立ABAQUS软件计算模型，并将模拟结果与工程实例、PLAXIS 3D软件所得结果进行对比分析。同时，采用广州地区花岗岩残积土进行室内沉井模型试验，并通过试验结果对数值模拟结论进行验证，得出结论如下： 1）在开挖基坑前达到设计强度的旋喷桩能有效减小基坑周边土体塌陷变形、坑底隆起。2）在施加工作顶推力下，前侧主动区首先出现贯通裂缝，竖向位移斜率增大出现明显拐点；继续增大顶推力，土体位移会急剧增大导致地表沉降严重。3）对于后背土体，在顶推力作用下，地表破裂线的切线角度从0°逐渐增大至45°+φ/2，导致破裂范围也不断扩大；达到45°+φ/2处后，继续施加顶推力会导致短轴方向破坏范围扩大的速度较长轴方向的速度更快；三维空间中被动区破坏土体在地表处产生形状为椭圆的破坏面，椭圆长轴方向为顶推轴线方向，被动破坏体呈现为牛角状椭圆楔体。     

土压平衡盾构施工中泡沫改良砾砂土的试验研究

为了解决土压平衡盾构在砾砂土地层掘进过程中,土体塑流性差、刀盘及螺旋输送机磨损严重和开挖面平衡不易保持等问题,通过自制泡沫发生器发泡,对砾砂土地层的泡沫改良技术进行室内试验研究,分析气液比、含水率和泡沫掺量对塑流性的影响和改良前后土样的渗透系数的变化规律,得出泡沫发生器气液比在30∶1~55∶1、含水率为5%~12.5%、泡沫掺量为20%~40%时,土体具有较好的塑流性,泡沫的"轴承效应"和泡沫剂中表面活性剂的亲水基团与水、砾砂土颗粒形成的氢键是塑流性提高的根本原因;使用泡沫剂改良砾砂土后,渗透系数大幅降低,掺泡沫后在280 min内渗透系数随时间变化较小,能达到10~(-5)cm/s,泡沫剂溶液中高分子化合物的联结和液桥力是土样具有堵水作用的原因。     

漫谈矿山法隧道技术第十四讲——隧道涌水及其控制方法

分析制定隧道控制地下水对策的基本观点:既要考虑隧道施工对地下水的影响,也要考虑地下水对隧道施工的影响。指出控制地下水的对策必须符合3个条件:1)确保施工作业安全、顺利地开展;2)不对周边环境产生有害的影响;3)以合理的工费和工期来实现。隧道涌水视其发生位置、涌水量、发生时期、涌水量的历时变化等是各种各样的,应对隧道涌水进行合理分类,以便有的放矢地采取相应的对策。介绍了日本统计的地质构造和涌水现象的分类。涌水处理应达到3个基本目标:1)确保隧道施工在无水的条件下进行,或者是在可以接受的渗漏水条件下进行,或者是在对周边环境"可接受干扰"的条件下进行;2)二次衬砌原则上不承受水压作用,不得已时把水压控制在二次衬砌容许的范围内;3)运营中的隧道洞内不能成为地下水流经的通道,隧道衬砌背后必须形成一个纵横交错的、不易堵塞的、通畅的排水系统。达到上述目标的基本方法是:充分利用和提高围岩的隔水性能,合理地处理好"排"与"堵"的关系。针对涌水处理的3个基本目标,分别介绍了国内外相应的经验和措施。1)一些国家的指南、标准对隧道的涌水量进行了分级,认为涌水量≤2.5 L/(min·m)时基本上可以认为是在无水条件下施工;一般的线状流水、经常涌水可以用自然排水法排水;而针对突发大量涌水,则需要采取特殊的地下水对策予以解决。2)按照二次衬砌是否承受水压,隧道可分为3种情况:1衬砌不承受水压,即所谓的完全排水型隧道;2衬砌承受全部水压,即所谓的非排水型(防水型)隧道;3衬砌背后设置注浆域,分担衬砌承受的水压,衬砌只承受部分容许的水压。从目前的隧道设计实际来看,在山岭隧道中多数采用方案1,在城市隧道中多数采用方案2,在高水压和突发大量涌水的极端情况下采用方案3。介绍了日本、美国的设计经验。3)我国铁路隧道采用把地下水引入隧道,再从洞内两侧边墙附近设置的排水沟排出地下水的做法是值得商榷的;特别是在可能发生冻害的地区,更不可取。在国外,日本、德国、法国等国家的铁路、公路隧道基本上是把中央排水管设置在仰拱内或仰拱下方,而在隧道两侧只留有用于排出流入隧道内的雨水或隧道清洗水的排水沟;因此,建议立项研究取消洞内排水沟,设置中央或两侧脚部排水管的问题。最后指出,实现涌水处理的3个基本目标我们尚需努力,特别是"目标"的定位问题,尚需进行基础性的研究才能解决。在隧道施工中,涌水是不可避免的、客观存在的现象,我们积累的经验非常丰富,但缺乏系统的、认真的总结和归纳。     

浅谈用塑料排水板处理泥沼路段

介绍了塑料排水板的作用机理以及它的材料组成、施工机械以及施工工艺。     

弹簧支吊架在FPSO高温管道中的应用

高温条件下管道热胀、冷缩和端点附加位移产生的位移载荷是造成管道应力过大和相连设备管口扭矩、反力过大的主要因素。合理设计管道走向和支架布置来增加管道系统柔性是减小管道热载、降低管道应力的主要途径。以机舱排烟管道系统为例,在CAESAR II中建立数值模型,分析了排烟管道的热胀载荷对管道的影响,比较了弹簧支架约束与刚性支架约束对高温排烟管道一次、二次应力的影响。研究发现,在高温管道中,弹簧支吊架不仅能增加管道系统的柔性,减小管道热应力,而且能降低管道对支架的约束载荷,减小管道所受的集中力。     

卷管铺设过程的时域动力分析

卷管法是海底管道铺设中的一种重要方法,由于其铺设过程涉及很多装备,因而管道的受力过程复杂。管道的上卷过程会使管道发生塑性变形并引起残余曲率,上卷过程造成的变形需要在退卷过程中进行校直,这个过程中的缠绕和校直引起的塑性变形,对管线造成的损伤不可忽视。首先介绍卷管式铺管法的铺设原理,然后利用有限元分析软件ABAQUS模拟管道上卷和退卷的动态过程,最后研究卷管铺设上卷和退卷过程中管道的轴向应变历史和应力应变关系以及管道弯曲曲率、截面椭圆率变化历史。结果表明,管道在经过卷筒、校准器、校直器时产生很大的弯曲曲率和截面椭圆率。     

循环载荷下考虑累积塑性影响的含中心穿透裂纹板CTOD研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是评估结构材料韧性以及分析低周疲劳破坏引起的裂纹扩展的重要参量。结合Dugdale模型,以裂纹尖端累积塑性应变为控制参量,提出了一个循环载荷下含裂纹船体板的CTOD计算模型;利用有限元法模拟了裂纹尖端累积塑性应变、平均应力、裂纹长度等相关因素影响;结合最小二乘法拟合出了基于累积塑性塑性应变、平均应力比以及裂纹长度的两阶多项式。研究表明,基于累积塑性应变的CTOD计算模型为正确评估循环载荷下船体板的累积塑性破坏提供了一种新途径。     

喷水推进器进水流道的声传播特性分析

进水流道作为喷水推进泵脉动声源通过进水口向远场辐射的传递通道,声波经流道传播后流道进口处声压峰值频率相对流道出口声压峰值频率发生较为显著的偏移。为解释该现象,文章以进水流道为对象分析其声传播特性。首先分别利用阻抗出口边界和自动匹配层出口边界计算分析了轴对称变截面管道的声传播特性,计算值与文献值吻合较好,验证了大截面管路声传播特性数值计算的可信性。然后以进水流道为对象,并以面平均声压衰减量为评价流道声学特性的指标,利用自动匹配层出口边界分析了流道的声传播特性。结果表明:由于低频段流道内仅能传递平面波,高次波被衰减,导致该频段声压衰减量较大;声压衰减量的最小值对应频率与喷泵叶频或其谐频接近,使得流道进出口截面处最大声压对应频率产生偏移。