详谈超高分子量聚乙烯管道外压问题与国内外技术分析

由于超高分子量聚乙烯管道复合管每层紧密结合无滑移，通过“partion”命令将管道分为四层(内层、外层及两复合层)。由于管道受均匀对称外压，属平面应变问题，同时为了和理论做比较，取管道长度20mm。有限元模型中内层外层和基体层单元类型为C3D8I，该单元很适用于严重扭曲现象，位移计算结果较为精确并且计算成本较小。螺旋线钢丝使用ts单元，单元类型T3D2H，采用“Embedde．mand”命令将钢丝线嵌入基体层内以保证钢丝无滑移。用耦合约束命令将模型左端面与定义的参考点耦合；同时在右端面施加对称边界约束，以实现外压作用下的正确边界条件。对于径厚比较小的复合管道，在外压作用下往往会发生椭圆形失稳变形，因此在管道一端的上下两点约束其水平位移，左右两点约束其竖向位移，以保证管道产生纯椭圆变形。模型中的材料性能与理论相同。 超高分子量聚乙烯管道PSP内外层为高密度聚乙烯，加强层为以一定角度正反错绕成型的钢丝网状骨架与由热塑性材料构成的基体紧密结合构成的复合结构。由于材质原因，PSP管在外压作用下更容易出现屈曲失稳问题。朱彦聪等?依据Donnell的扁壳理论求解PSP管在外压下的弹性屈曲荷载。Adomandi等对管中管结构在静水压力作用下的弹性屈曲进行了理论和有限元研究，在有限元模型中设定层与层的接触为 粘结无滑移，而对于有滑移的非粘结层通过两点约束来实现。他们又通过大量的有限元计算来分析复合管外压的承载能力，并在此基础上提出了适合于复合管在外压作用下的简化公式。BaiYong等基于二维环理论，并考虑剪切变形的影响，研究纤维增强管道管道初始椭圆化对外压失稳的影响。龚顺风等基于非线性环理论，研究了深水管道在外压作用下的失稳屈曲理论。 基于BaiYong等的二维壳模型，考虑超高分子量聚乙烯管道受外压时的剪切变形，并结合Halpin—Tsai模型对加强层进行简化，对管道进行外压力学性能分析，采用ABA建立有限元模型，将计算结果与理论进行分析对比。 通过试验得到压力峰值，并与理论，有限元对比，发现三者吻合良好。

超高分子量聚乙烯管铁路顶管工程中施工前期的

对于开挖的模拟则采用重力转移法，具体在计算时则通过单元的生死来实现．对边界的处理，则是给划分网格后的计算模型上的节点以不同的约束，对于已经顶进超高分子量聚乙烯管部分，由于要将顶管考虑成桩基形式，所以将路基土体和顶管接触的这一个圆柱面固定，也就是将这圆柱面上的节点给以固定． 根据计算结果绘制路拱面上纵向的 终沉降曲线图，沉降曲线表现为一漏斗形，在顶管的轴线正上方达到 大值，向两边逐渐减小，并有趋于零的趋势．在形状上和误差曲线很相似． 绘制超高分子量聚乙烯管顶管轴向正上方路拱面横向 终沉降曲线图发现沿着一顶进的方向路拱面 终的沉降逐渐加大，这是由于顶管顶进后给了顶管上方路基土体较大的支撑，而对于未顶进则影响较小，故而造成后面部分土体的累积沉降比较早顶人顶管的土体沉降值大．在路拱面上，横向的 大沉降是在路拱的边缘，这对于铁路的行车影响较大，因为在施工时列车的速度已经减小，此时如果顶管施工引起的路基面沉降导致内外轨道高差很大，就会使列车行车发生危险，如果差值超过铁路的轨道规范就有必要在施工过程中对轨道进行加固，以减少施工带来的影响． 分析路拱面上一点随着顶管顶进发生的位移，可以看出在超高分子量聚乙烯管顶管顶进路基土的过程中，各个进程引起的路基面沉降是不同的，先是随着顶人距离的加大，沉降逐渐变大，在接近轨道中线附近时达到 大值，但是随着顶管的继续顶入，给路基土的支撑也越来越来强，单个顶进进程引起的路基面沉降又逐渐减小，直至贯通时，由于顶管顶入而引起的路基面沉降已经很小了，此时几乎可以忽略其影响了．