溝埋式涵管垂直土壓力的數值模擬分析

摘要：利用大型有限元軟件ANSYS，對矩形溝埋式涵管垂直土壓力進行數值模擬分析，研究了溝槽寬度與涵管變形對垂直土壓力的影響。結果表明：在剛性地基條件下，溝槽寬度較小時，涵管土壓力系數單調減小，溝槽寬度較大時，涵管土壓力系數呈先增后減的變化趨勢；涵頂變形有明顯的減荷作用，涵項變形越大，垂直土壓力系數越小；管道剛度較小時，應力呈現中間小兩邊大的分布趨勢，管道剛度較大時，應力呈現中間大兩邊小的分布趨勢。

關鍵詞：溝埋式涵管；有限元軟件ANSYS；垂直土壓力；變形

中圖分類號：U449 文獻標識碼：A 文章編號：1000-8136(2009)35-0018-02

溝埋式管道是當今國際上稱之為“生命線工程”的一種建筑物。在水利、鐵路、公路、電力、礦山、市政、能源、軍工等部門廣為應用。辦了設計出經濟又安全的管道，準確確定作用于其上的土壓力對埋管設計具有重要意義。

1 有限元模型

按國內外管道施工技術規定，管周回填土的夯實要求達到其最大夯實密度的95％，在一般填土條件下，管周土體處于非極限狀態。雖然填土是非線性壓縮體，其變形模量隨應力狀態而變化，但土中的塑性變形區很小，用彈性理論計算土的壓力值與實測值相差不大，土體垂直壓應力的線性和非線性分析結果非常接近，故將填土作為線彈性介質。敷設于地下的管道，可看作是置于彈性介質中的無限長梁，沿管縱向垂直截取單位長度的管段，作為平面應變問題處理，填土和涵管均按彈性問題考慮，模擬單元選擇常用的平面4節點單元即Plane42單元?！?br>