基于有限元對(duì)大件吊裝站位下企口式鋼筋混凝土雨水管損傷分析研究

萬(wàn)玉新 楊志強(qiáng) 陳照正 姜 博

中石化重型起重運(yùn)輸工程有限責(zé)任公司 北京 100029

由于土的性質(zhì)的復(fù)雜性，影響因素的多樣性以及作為天然材料的不可控的性質(zhì)變異，在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，經(jīng)典力學(xué)往往難以奏效。土具有顆粒性、流動(dòng)性，在受壓過(guò)程中既有彈性變形也有塑性變形，利用解析法往往只能計(jì)算彈性變形范圍，或者計(jì)算塑性變形時(shí)非常麻煩，計(jì)算結(jié)果相對(duì)不準(zhǔn)確；鋼筋混凝土管道作為一種復(fù)合材料本身強(qiáng)度計(jì)算比較復(fù)雜，同時(shí)傳統(tǒng)計(jì)算中為了簡(jiǎn)化計(jì)算往往加入了經(jīng)驗(yàn)性系數(shù)造成誤差偏大。

利用數(shù)值分析方法對(duì)某煉化項(xiàng)目中XGC88000 型4000t 履帶吊單側(cè)履帶下方埋地鋼筋混凝土地管進(jìn)行計(jì)算分析，并分析找出損傷位置以及開裂位置。

1 工況介紹

4000t 履帶吊一側(cè)履帶下方有一外徑2.2m，壁厚220mm、每段5m 長(zhǎng)的企口式鋼筋混凝土管道。吊車站位圖如圖1 所示。

圖1 吊車站位圖（單位：mm）

2 有限元計(jì)算分析

2.1 建模

本校核中采用ABAQUS 建模。模型尺寸如表1 所示。

表1 ABAQUS 模型尺寸 / m

模型裝配示意圖如圖2 所示。圖中路基箱、淤泥、固化層和沙子墊層用不同顏色表示，其中沙子墊層最薄處厚0.6m。

圖2 模型裝配示意圖

管道為柔性企口管，5m 一段。企口管配筋及裝配圖如圖3 所示。

圖3 企口管配筋及裝配圖

2.2 前處理

采用ABAQUS 6.14 版進(jìn)行前處理。詳見圖4。

圖4 單元類型: C3D8R 線性 六面體

網(wǎng)格類型：結(jié)點(diǎn)總數(shù)，397600；單元總數(shù)，359505。

2.3 材料屬性

固化土、淤泥（基于摩爾-庫(kù)倫彈塑性原理）、混凝土（基于彈塑性混凝土損傷塑性原理）相關(guān)參數(shù)根據(jù)地勘報(bào)告得出，具體如表2、表3 所示。C40 本構(gòu)模型屬性如表4所示?；炷潦軌簠?shù)和受拉參數(shù)如表5 和表6 所示。

表2 固化層、淤泥層相關(guān)參數(shù)

表3 混凝土相關(guān)參數(shù)

表4 C40 本構(gòu)模型屬性

表5 混凝土受壓參數(shù)

表6 混凝土受拉參數(shù)

2.4 約束方式

根據(jù)實(shí)際工況，對(duì)淤泥底部約束Y 軸向位移。

2.5 接觸方式

（1）面與面之間設(shè)置摩擦接觸（表7）；

表7 各接觸面摩擦系數(shù)

（2）鋼筋籠與混凝土嵌入式接觸。

2.6 加載方式

在路基箱上均布加載，27t/ m2。

2.7 結(jié)果分析

（1）固化層與淤泥應(yīng)力位移分析結(jié)果見圖5。

圖5 地基位移、應(yīng)力分析結(jié)果圖

（2）管道分析見圖6。

圖6 企口管位移、應(yīng)力分析結(jié)果圖

（3）管道自身強(qiáng)度分析如圖7 所示。

圖7 自身強(qiáng)度滿足

3 結(jié)論

評(píng)判企口式管道在受臨時(shí)大荷載壓力時(shí)是否遭到破壞，需要將企口管連接處的混凝土強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與混凝土軸心強(qiáng)度設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比。

（1）強(qiáng)度指標(biāo)：C30 混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為16.1MPa；計(jì)算值為10MPa；10MPa＜16.1MPa，可得整體強(qiáng)度滿足。

（2）塑性應(yīng)變指標(biāo)：計(jì)算得出得蘇醒應(yīng)變值為0.0 002789；C30混凝土允許值為0.002；對(duì)比得0.0002789＜0.002 損傷性滿足要求。

（3）位移變形指標(biāo)：因受壓管道連接處節(jié)最大產(chǎn)生徑向距離0.007m，由于是企口式管道，能承擔(dān)一定的不均勻沉降，另外規(guī)范要求接口處允許發(fā)生小轉(zhuǎn)角（1.5°以內(nèi)），本文案例中具有橡膠墊起到防漏水功能，滿足要求。

由于地基以及混凝土本身的特性復(fù)雜，在工程計(jì)算中需要嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算。如果是大口徑管道在上面需要承載壓力時(shí)可采用企口管，可減小被壓壞的概率。不建議采用承插管道，因承插口用水泥灌漿密封，在受壓產(chǎn)生位移時(shí)會(huì)有漏水風(fēng)險(xiǎn)。

在大件吊裝工程中，當(dāng)起重機(jī)站位區(qū)域下有承插型剛接地下混凝土管道時(shí)建議進(jìn)行采取保護(hù)措施；當(dāng)有企口式混凝土管道時(shí)建議就管道情況、地質(zhì)情況、受壓情況進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算后再?zèng)Q定。