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。

探讨超高分子量聚乙烯管道非开挖垫衬法修复的应用机理

超高分子量聚乙烯管道非开挖垫衬技术是在多个管道修复工程的实践中总结继而逐步优化而成，有着成熟的施工方案和施工工艺，可操作性强。整个施工工艺的主要操作部分仅为管道清理、速格垫牵引、注水内撑、灌浆施工等，消耗劳动力和机械台班少，劳动强度小。 技术不破坏现有交通设施，解决了交通繁忙地区开挖法修复影响交通的难题，从而降低安全文明措施费用和提高过往车辆行人的交通安全性；施工操作时，不需要大面积开挖，作业人员只需在管道两端的检查井操作，提高施工作业的安全性。非开挖垫衬法所用主要材料环保无毒，亦可以用于饮用水结构。 施工时无需开挖、安装简单、快捷省工，超高分子量聚乙烯管施工主要分管道清理、内衬安装、注水灌浆3个步骤，长度在50m以内管道，施工期短，易于质量控制。与开挖法更换新管道的修复方案相比，按同等管道施工面积计算，采用非开挖垫衬法的造价更低。 施工准备要熟悉设计文件和图纸，掌握待修复超高分子量聚乙烯管管情况以及施工影响范围的沿线情况。确定修复段管线走向及管线长度，确定操作坑(尽量利用检查井)的位置及操作坑开挖宽度。针对现场实际，确定导流方案。检查井通风换气，作业人员必要时可佩戴劳保用品，配备无线通信工具，采用人工清掏的方法进行检查井清理