加勁環式地下埋管非線性有限元屈曲分析

伍鶴皋，胡 悅，石長征，魯志航，李月偉，汪碧飛

(1.武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢 430072；2.長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430015)

0 引 言

對地下埋管進行抗外壓穩定分析可歸結為計算其臨界壓力，且多按平面問題進行分析，即認為鋼管是均勻介質中的彈性圓環。目前關于地下埋管抗外壓穩定分析的計算理論和方法仍主要停留在Amstutz、Jacobsen、Mises等學者的解析公式和經驗公式上。地下埋管在結構上可分為光面管和加勁環式鋼管，兩者的抗外壓穩定計算方法略有差別。關于加勁環式地下埋管的抗外壓穩定，需同時滿足加勁環間管壁和加勁環自身的穩定。其中，加勁環間管壁的臨界壓力一般采用Mises公式[1]，并得到我國水電站壓力鋼管設計規范、美國ASCE壓力鋼管規范[2]和日本閘門鋼管技術標準[3]以及學者Amstutz等人的廣泛推薦和采用。

對于加勁環自身的抗外壓穩定，有很多學者提出了各自的計算理論和方法，概括起來常用的主要有Amstutz法、Jacobsen法、Svoisky法、NB/T 35056—2015《水電站壓力鋼管設計規范》中的強度公式。其中，Amstutz法認為對于埋藏式壓力鋼管加勁環的臨界壓力，仍可采用與埋藏式光面管臨界壓力相同的計算公式，只是在計算加勁環截面特性時考慮了等效翼緣以外的管壁荷載對加勁環臨界壓力的影響，即偏保守地假定加勁環之間的所有外壓力均由加勁環和等效翼緣以內的管壁承擔[4-5]。Jacobsen法與Amstutz法的基本假定相同，但它針對Amstutz法中存在的一些問題，如簡化方法的精度和適用范圍問題、管壁等效翼緣寬度的取值等作了優化[6-7]。……