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大口径螺旋钢管压力管道稳定方面的成果
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发表时间：2020-06-22 15:38:13
目前，加肋式大口径螺旋钢管管道稳定性计算分为环间管壁和加劲环两部分的计算。对管壁，我国现行规范认为：加劲环式钢管失稳时屈曲波数较多波幅较高，大口径螺旋钢管管壁与混凝土间有缝隙，混凝土对管壁约束不大，故可采用 Mises公式计算。日本、美国及 Amstutz本人也都推荐采用Mise公式。但 Mises公式对缝隙Δ的忽视，其安全可靠性降低。我国现行规范富有开拓性，根据近几年的研究成果推荐了两种方法供参考是20世纪90年代刘东常教授提出的半解析有限元解法，管轴向采用离散的柱壳元或圆形板单元，沿周向采用解析手段描述形函数，推导了半解析法，此法比Mses公式考虑的更为客观，模考虑了加肋的作用，开辟了电算化处理压力管道稳定问题的新路子是赖华金一范崇仁的P计算公式，此公式除了应用弹性理论的基本假定外还作了如下假定：①在外压作用下，管壁凹陷形成了3个半波②刚性环在管轴向不允许转动，即靠环的管壁沿轴向不转动；③沿纵向的位移为零，即u=0；④刚性环为***刚性，即刚性环无径向位移。此公式的结果与他们所做的实验结果比较一致，且偏向安全，但在实际工程中未能推广关于加劲环的稳定性分析，因失稳时应力已接近强度极限，我国规范认为公式已不可用。规范借鉴美国的经验推荐用 Jacobsen公式，用以对加劲环的稳定性设计，但该公式的问题是：公式中的截面积F用加肋和两肋间的管壁面积之和来计算，且假定径向压力产生的应力σ在加肋和管壁整个断面上均匀分布，但事实并非如此。至于坝内埋管的抗外压稳定性分析，我国建议采用经验公式41.2.2.3现行压力管道稳定性分析的方法分类及其评价现行水电站压力管道稳定性分析方法，在国内外水电站建设中做出了巨大贡献，并且继续发挥着作用。但也不可避免的存在着缺陷。
大口径螺旋钢管分类进行评述经验公式以我国***规范现在应用的38项国内外资料回归分析的经验公式为代表，这些公式是在一定模型试验的基础上建立起来的，所以在一定程度上有其适用的范围。但是这些公式毕竟是由试验而来，由于地下工程影响因素的复杂性，如围岩因素、灌浆因素、温度、水压施工工艺等，有限的试验资料很难一劳永逸，况且随着工程建设规模越来越大，经验公式很难从根本上解决压力管道的外压稳定性问题对于有加劲环的埋藏式压力钢管，管壁都采用 Mises公式，而加劲环用Jacobsen公式。 Mises公式由于假定加劲环对管壁约東是“简支”，不考虑加劲环的影响，对缝隙的因素也予以忽视，模型描述失去了可靠性。现在应用仍较多，对此，管道失稳事故时常发生，也不足为奇。
有限元方法类有限元方法使用以来，使计算领域取得了很大成效。但在大口径螺旋钢管压力管道稳定方面成果甚少。刘东常教授提出的半解析法是一个开创性的工作，但有限元法本身对壳结构计算存在自身固有的困难：如几何描述困难、位移模式从厚壳向薄壳退化时（厚壳退化成薄壳易产生剪切闭锁现象）的困难，求解也比较困难，都严重制约了有限元法在加劲压力钢管稳定性问题上的应用到目前，国内外关于压力钢管抗外压稳定性分析一般仍然停留在Mises、 Amstutz、 Jacobean等人的解析或经验公式的基础上对加肋压失稳临界荷载P的人为地将管壁与加劲环分成两部分来分析的模型不太准确，那是手工计算时代的结果。
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